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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
dieses Verfahren nutzende Vorrichtung zum Überwachen der Kraftstoffeinspritzung
in eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, die
Einspritzeinrichtungen verwendet, die mit einem gemeinsamen Hochdruckbehälter (Common
Rail) verbunden sind, um mögliche Fehler
in dem Kraftstoffeinspritzsystem zu erfassen.
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Stand der
Technik
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Kraftstoffeinspritzsysteme
des Common-Rail-Typs für
Brennkraftmaschinen sind auf dem Gebiet wohl bekannt. In diesen
Systemen wird von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zugeführter Hochdruckkraftstoff
in einem gemeinsamen Behälter (d.
h. in der gemeinsamen Druckleitung, engl.: Common Rail) gespeichert.
Hochdruckkraftstoff in der Druckleitung wird in die jeweiligen Zylinder
des Motors über
Einspritzeinrichtungen eingespritzt, die mit der gemeinsamen Druckleitung
verbunden sind. Zusammengefasst wirkt die Druckleitung als ein Behälter, der
Hochdruckkraftstoff speichert und ihn auf die entsprechenden Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
verteilt.
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Der
Druck in der Druckleitung hängt
von der Öffnung
des Ventils ab, das seinerseits durch eine elektronische Steuereinheit
(ECU) betätigt
wird. Die ECU misst die Differenz zwischen den Ist- und den Soll-Druckwerten
und erzeugt entsprechend ein Signal zum Öffnen/Schließen des
Ventils.
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In
Einspritzsystemen des Common-Rail-Typs können jedoch Fehler wie etwa
ein Kraftstoffleck aus dem Behälter,
ein Überlaufen
in den Einspritzeinrichtungen, ein Verstopfen der Kraftstofffilter,
eine Fehlfunktion der Hochdruckpumpe, ein Blockieren der Kraftstoffrückführungsleitungen
und dergleichen auftreten. Solche Fehler können einen hohen Kraftstoffverbrauch
und sogar einen Motorausfall zur Folge haben. Es ist daher im Stand
der Technik wohl bekannt, solche Einspritzsysteme mit Mitteln zum
Erfassen von Fehlern des Kraftstoffeinspritzsystems auszurüsten.
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Zur
Erläuterung
sei das japanische Patent Nr. JP 8-4577 erwähnt, das ein Kraftstoffeinspritzsystem
offenbart, das einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Kraftstoffs
in der gemeinsamen Druckleitung und Mittel zum Messen der Differenz der
Drücke
in der gemeinsamen Druckleitung vor und nach der Kraftstoffeinspritzung
von dem Kraftstoffeinspritzventil, d. h. den Druckabfall in der
gemeinsamen Druckleitung während
der Kraftstoffeinspritzperiode, umfasst. Ferner schätzt ein
Fehlererfassungsmittel die Drücke
in der gemeinsamen Druckleitung vor und nach der Kraftstoffeinspritzung
und stellt fest, dass das Kraftstoffeinspritzsystem fehlerhaft ist, wenn
die Differenz größer als
ein vorgegebener Grenzwert ist.
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Ein
weiteres Dokument des Standes der Technik, nämlich die europäische Patentanmeldung Nr.
EP 0 860 601 offenbart eine
elektronische Steuereinheit (ECU), die den Druck und die Temperatur des
Kraftstoffs in der gemeinsamen Druckleitung misst und den räumlichen
Elastizitätsmodul
des Kraftstoffs anhand des Drucks und der Temperatur des Kraftstoffs
bestimmt. Die ECU berechnet einen geschätzten Wert der Druckänderung
in der gemeinsamen Druckleitung während der Kraftstoffeinspritzperiode
unter Verwendung des bestimmten Kompressionsmoduls. Falls die Differenz
zwischen dem Schätzwert
für die
Druckänderung
und der tatsächlich gemessenen
Druckänderung
während
der Kraftstoffeinspritzperiode groß ist, stellt die ECU fest,
dass das Kraftstoffeinspritzsystem fehlerhaft ist.
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Die
weitere europäische
Patentanmeldung Nr.
EP 1 336
745 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung
in eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine,
bei dem die Einlassluftdurchflussmenge und das Abgas-Lamda gemessen
werden, um die tatsächlich
in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge zu messen und eine Regelung
mit geschlossener Schleife auszuführen, wodurch die geschätzte Kraftstoffmenge
im Wesentlichen gleich der Sollkraftstoffmenge wird, die berechnet
wird, um die Fahrzeugbenutzeranforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus wird
die Differenz zwischen der Sollkraftstoffmenge und der geschätzten Kraftstoffmenge
verwendet, um einen Korrekturfaktor zu berechnen, durch den die Sollkraftstoffmenge
korrigiert wird.
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Das
Patent Nr.
US 5 727 516 der
Vereinigten Staaten erläutert
ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Brennkraftmaschine,
derart, dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung
zwischen dem Ende einer Einspritzung und dem Beginn einer Kraftstoffversorgungsperiode zu
verschiedenen, zeitlich beabstandeten Messpunkten überwacht
wird, wobei die Hochdruckkraftstoffversorgung der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung
dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Messpunkten, die größer als
ein vorgegebener Grenzwert ist, erfasst wird, was eine Fehlfunktion
der Einspritzeinrichtung anzeigt, unterbrochen wird, indem die Hochdruckkraftstoffpumpe
deaktiviert wird, während
die Kraftstoffeinspritzung durch die in Betrieb befindlichen Düsen aufrechterhalten
wird, um so den Druck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung
schnell zu verringern.
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Zusammengefasst
sind die Steuerverfahren des Standes der Technik hauptsächlich auf
das Messen von Druckwerten in der gemeinsamen Druckleitung konzentriert.
In einem Kraftstoffeinspritzsystem des Common-Rail-Typs ändert sich jedoch der Druck des
Kraftstoffs in der gemeinsamen Druckleitung über einen sehr großen Bereich,
um sowohl die Kraftstoffeinspritzmenge als auch die Einspritzrate
in Übereinstimmung
mit der Betriebsbedingung des Motors zu steuern. In einigen Anwendungen
reicht der Druck von 10 MPa bis 150 MPa. Da in einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem
des Common-Rail-Typs die Änderung
sehr groß ist,
ist die Bestimmung des Fehlers durch Messen des Drucks entweder
nicht möglich
oder ungenau.
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Darüber hinaus
nutzen herkömmliche
Verfahren die Werte, die gemessen werden, wenn der Motor im Leerlaufzustand
läuft.
Nichtsdestoweniger unterscheiden sich Werte von Betriebsbedingungen, d.
h. dann, wenn sich das Fahrzeug auf der Straße befindet, erheblich von
den Leerlaufwerten. Dies ist ein Faktor, der die genaue Fehlererfassung
schwierig macht.
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Kurze Offenbarung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel zum genauen Bestimmen
eines Fehlers im Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Fehler in dem
Kraftstoffeinspritzsystem unter Übergangsbedingungen
zu bestimmen.
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Die
oben genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Fehlererfassungsverfahren,
das hauptsächlich
auf der Messung und der Verarbeitung des Betätigungssignals von der ECU
zu dem Hochdruckpumpventil basiert.
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Die
ECU erzeugt ein Betätigungssignal,
um das Öffnen/Schließen des
Ventils zu steuern, um einen vorgegebenen Kraftstoffdruckpegel in
der Druckleitung aufrechtzuerhalten. Dieses Betätigungssignal ist eine Funktion
der Menge des Kraftstoffs, der pro Hub durch die Einspritzeinrichtungen
strömt,
des Solldrucks in der Druckleitung, der Motordrehzahl und der Temperatur
des Kraftstoffs. Anhand dieser Beziehung macht die vorliegende Erfindung
Gebrauch von dem Betätigungssignal
für eine
Fehlererfassung und verwendet ferner Messungen des Drucks, der Motordrehzahl
und der Kraftstofftemperatur.
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Eine
zentrale Funktion zum Erfassen von Fehlern wird nur ausgelöst, falls
alle gefilterten Eingangsvariablen innerhalb bestimmter Grenzen
liegen und Gleichgewichts-Merker WAHR sind. Auf das Betätigungssignal
wird eine von der Kraftstoffmenge und von der Kraftstofftemperatur
abhängige
Korrektur angewendet. Die zentrale Funktion erzeugt eine allgemeine
Fehlermeldung, falls das korrigierte Betätigungssignal außerhalb
eines vorgegebenen Kalibrierungsintervalls liegt.
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Genaue Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Einzelnen mit Bezug auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 einen
Ablaufplan des Verfahrens zeigt;
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2 einen
Ablaufplan des Gleichgewichtsprüfblocks
veranschaulicht; und
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3 eine
schematische Ansicht des Aufbaus für das vorliegende Verfahren
zeigt.
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Der
Aufbau für
die Anwendung des vorliegenden Verfahrens (3) umfasst
einen Drucksensor in der Druckleitung, um den Ist-Druckwert zu messen.
Andererseits wird die Motordrehzahl (n) mittels eines Sensors erfasst,
der vorzugsweise an der Abtriebswelle des Motors angeordnet ist.
Außerdem ist
ein Temperatursensor vorhanden, der im Kraftstoffsystem angeordnet
ist. Die ECU empfängt
Signale von diesen Sensoren und verarbeitet diese Signale, um einen
möglichen
Fehler zu erfassen.
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Gemäß dem vorliegenden
Verfahren werden der Ist-Kraftstoffdruckwert (Pactual),
die Motordrehzahl (n) und die Ist-Kraftstofftemperatur (Tfuel) gemessen, wenn das Fahrzeug auf der
Straße
fährt,
d. h. unter Übergangsbedingungen.
Die Messwerte können kontinuierlich
oder in vorgegebenen Zeitintervallen abgetastet werden. Die ECU
erzeugt ein Betätigungssignal
für das
Ventil, um das Ventil offen zu halten. Die Größe dieses Signals ist ivalve. Die ECU berechnet sofort einen Solldruck
(pset) und eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
(qinj). Falls alle diese Werte, d. h. pactual, Tfuel, ivalve, pset, qinj und n bestimmte Kriterien erfüllen, erzeugt
die ECU eine Fehlermeldung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst das vorliegende Verfahren
die folgenden Schritte:
- – Messen des Betätigungssignals
(ivalve) von der ECU zu dem Ventil bei der
Druckpumpe;
- – Anwenden
einer Gleichgewichtsprüfung
(EQLCHECK) auf dieses Signal (ivalve), um
festzustellen, ob es in einem Gleichgewichtszustand ist oder nicht;
- – Messen
des Ist-Drucks (pactual) in der Druckleitung;
- – Berechnen
der Differenz (pdiff) zwischen dem Ist-Druckwert
(pactual) und dem Soll-Druckwert (pset), der durch die ECU sofort berechnet
wird;
- – Anwenden
einer Gleichgewichtsprüfung
(EQLCHECK) auf den Druckdifferenzwert (pdiff),
um festzustellen, ob er in einem Gleichgewichtszustand ist oder
nicht;
- – Anwenden
einer Filterung auf den Ist-Druckwert (pactual)
und Bestätigen,
dass der gefilterte Wert in einem Intervall liegt, das durch einen
vorgeschriebenen minimalen Druckwert (pmin)
und einen vorgegebenen maximalen Druckwert (pmax)
beschrieben wird;
- – Messen
der Motordrehzahl (n);
- – Anwenden
einer Filterung auf die Motordrehzahl (n) und Sicherstellen, dass
die gefilterten Werte in einem Intervall liegen, das durch einen
im Voraus festgelegten minimalen Drehzahlwert (nmin)
und einen im Voraus festgelegten maximalen Drehzahlwert (nmax) definiert ist;
- – Verwenden
der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge (qinj),
die durch die ECU berechnet wird;
- – Anwenden
einer Filterung auf die Kraftstoffmenge (qinj)
und Prüfen,
ob der gefilterte Wert innerhalb eines Intervalls liegt, das durch
einen im Voraus festgelegten minimalen Kraftstoffmengenwert (qmin) und einen im Voraus festgelegten maximalen
Kraftstoffmengenwert (qmax) definiert ist;
- – Messen
der Kraftstofftemperatur (Tfuel);
- – Anwenden
einer Filterung auf die Kraftstofftemperatur (Tfuel)
und Prüfen,
ob der gefilterte Wert in einem Intervall liegt, das durch einen
im Voraus festgelegten minimalen Kraftstofftemperaturwert (Tmin) und einen im Voraus festgelegten maximalen
Kraftstofftemperaturwert (Tmax) definiert
ist;
- – Anwenden
einer Filterung auf das Betätigungssignal
(ivalve) und Prüfen, ob der gefilterte Wert
in einem Intervall liegt, das durch einen im Voraus festgelegten
minimalen Wert (imin) und einen im Voraus
festgelegten maximalen Wert (imax) des Signals
definiert ist;
- – Bestimmen
eines korrigierten Wertes (icorr) für das Betätigungssignal
(ivalve) aus dem Korrekturkennfeld unter
Verwendung des Kraftstofftemperaturwerts (Tfuel)
und der Einspritzmenge (qinj);
- – falls
a) das Betätigungssignal
(ivalve) und die Druckdifferenz (pdiff) im Gleichgewichtszustand sind und falls
b) der Ist-Druck (pactual), die Motordrehzahl
(n), die Kraftstoffmenge (qinj) und die Kraftstofftemperatur
(Tfuel) in ihren jeweiligen Filtereinstellbereichen
liegen, Prüfen,
ob das korrigierte Signal in einem Bereich liegt, der durch einen im
Voraus festgelegten minimalen Wert (imin)
und einen im Voraus festgelegten maximalen Wert (imax)
des Betätigungssignals
begrenzt ist;
- – falls
das Ergebnis dieser Prüfung
negativ ist, Erzeugen einer allgemeinen Fehlermeldung, die angibt,
dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem ein Problem vorliegt.
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Die
in dem System verwendeten Filter sind vorzugsweise von erster Ordnung: y(k) = a·y(k-1)
+ (1-a)·x(k)wobei
k der Index oder das gemessene Signal ist, x das Eingangssignal
ist und y das Ausgangssignal des Filters ist. In der obigen Gleichung
ist a ein Parameter, der durch den Hersteller und/oder den Anwender
definiert ist. Falls der Wert von a in der Nähe von 0 liegt, liegt der y(k)-Wert
nahe bei dem x(k)-Wert. Falls sich andererseits a näher bei
1 befindet, nimmt der Abstand zwischen dem x(k)- und dem y(k)-Wert zu.
Dieses Filter wird hier nur um der Klarheit willen angegeben, wobei
der Fachmann auf dem Gebiet viele Filter entwickeln kann, die für die Zwecke
dieser Erfindung gleichermaßen
geeignet sind.
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Für eine verbesserte
Genauigkeit werden der minimale Druckwert (pmin)
und der maximale Druckwert (pmax) in dem
Druckfilter nicht in das System als im Voraus festgelegte Werte
eingegeben, vielmehr werden sie sofort unter Verwendung des gemessenen
Wertes der Kraftstoffmenge (qinj) berechnet.
Dies schafft eine verbesserte Genauigkeit, da hierbei die Wirkung
der Kraftstoffmenge (qinj) auf den Ist-Druck
(pactual) berücksichtigt wird. In dieser
Ausführungsform
der Erfindung werden zwei experimentell oder rechnerisch bestimmte
Tabellen/Kurven/Funktionen, die eine Beziehung zwischen der Kraftstoffmenge
qinj, dem minimalen Druckwert (pmin) und dem maximalen Druckwert (pmax) herstellen, verwendet. Daher werden
unter Verwendung des gemessenen Wertes der Kraftstoffmenge (qinj) die momentane minimale und die momentane
maximale Grenze für
das Druckfilter bestimmt.
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In
einer nochmals weiteren Ausführungsform der
Erfindung wird der gefilterte Wert der Kraftstoffmenge (qinj) verwendet, um den korrigierten Wert
des Betätigungssignals
(icorr) und den Kraftstofftemperaturwert
(Tfuel) zu bestimmen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Betätigungssignal
ein Stromsignal, in alternativen Ausführungsformen kann es jedoch ebenso
gut ein Spannungssignal sein.
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Andererseits
werden der minimale Wert (imin) und der
maximale Wert (imax) der Betätigungssignale, mit
denen icorr verglichen wird, statistisch
durch Untersuchen einer Anzahl von normalen und anomalen Fahrzeugen
bestimmt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Gleichgewichtsprüfung durch Anwenden von wenigstens zwei
und von vorzugsweise drei verschiedenen Filterungen auf den Eingangswert
ausgeführt.
Jede Filterung kann eine andere Zeitkonstante haben. Die Absolutwerte
der Differenzen der Ausgänge
jeder der zwei oder mehr Filterungen, z. B. zwischen der ersten
und der zweiten und der ersten und der dritten Filterung, werden
geschätzt.
Diese Absolutwerte werden mit wenigstens zwei konstanten, vorgegebenen Grenzen,
d. h. LIM1 und LIM2 verglichen. Das Ergebnis der Gleichgewichtsprüfung ist
positiv, falls beide Absolutwerte kleiner als die entsprechenden
Grenzen sind. Die Anzahl von Filterungen und die entsprechenden
Grenzen können
entsprechend dem gewünschten
Genauigkeitspegel, der zulässigen
Rechenzeit und dergleichen eingestellt werden. Falls sich der Eingangswert
steil ändert, sind
die Ausgänge
von drei Filterungen stark voneinander verschieden. Wenn jedoch
der Eingangswert ein Gleichgewicht erreicht, sind die Ausgänge weniger
verschieden.
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Zusammengefasst
schafft die vorliegende Erfindung ein genaues und schnelles Verfahren
zum Vorhersagen der Fehler in dem Kraftstoffeinspritzsystem. Die
Tatsache, dass die Messungen während Übergangszuständen ausgeführt werden,
verbessert die Genauigkeitsrate.
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Die
vorliegende Erfindung ist oben und in den beigefügten Zeichnungen durch nicht
beschränkende
Beispiele erläutert
worden. Die Erfindung kann jedoch nicht auf die angegebenen Beispiele
eingeschränkt
werden. Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
dieses Verfahren nutzende Vorrichtung zum Überwachen der Kraftstoffeinspritzung
in eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, die
eine Einspritzeinrichtung verwendet, die mit einem gemeinsamen Hochdruckbehälter (Common
Rail) verbunden ist, um mögliche Fehler
in dem Kraftstoffeinspritzsystem zu erfassen. Die vorliegende Erfindung
verwendet das Betätigungssignal
für das
Ventil der Hochdruckpumpe, um einen Fehler zu erfassen, und verwendet
ferner Messwerte des Drucks, der Kraftstoffmenge und der Kraftstofftemperatur
sowie eine Filterung und eine Gleichgewichtsprüfung.