DE112014003329T5

DE112014003329T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Bewertung eines Hochdrucktreibstoffverlusts in einem Common-Rail-Treibstoffsystem

Info

Publication number: DE112014003329T5
Application number: DE112014003329.4T
Authority: DE
Inventors: David M. Carey; Donald J. Benson; Sanjay MANGLAM; Paul V. MOONJELLY
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105593499B; US20160146144A1; CN105593499A; WO2015009899A1; US9267460B2; US20150020777A1; US9470167B2; US20160138545A1

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und Verfahren zum Messen einer Treibstoffdruckabnahme in einem Treibstoffspeicher eines Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung weist die Möglichkeit auf, einen Treibstofffluss zu dem Treibstoffspeicher eines Motors zu unterbrechen. Drucksignale werden an ein Kontrollsystem des Motors übermittelt, bis der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher um einen vorgegebenen Betrag abnimmt, zu welchem Zeitpunkt der Treibstofffluss wieder ermöglicht wird. Die Drucksignale werden dann analysiert, um den Betrag oder die Menge an Treibstoff, welche durch jeden Treibstoffinjektor zugestellt wurde, zu bestimmen. Die Vorrichtung und das Verfahren erhalten die Motor- und Emissionsleistung aufrecht, indem der Betrag der Treibstoffdruckabnahme in dem Treibstoffspeicher begrenzt wird.

Description

Querverweis zu zugehörigen Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der von der vorliegenden Anmelderin besessenen US-Patentanmeldung Nr. 13/946,409, am 19. Juli 2013 eingereicht, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hiermit in ihrer Ganzheit einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Treibstoffverlustrate von einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors.
HINTERGRUND
Alle Treibstoffsysteme haben eine bestimmte Menge an Treibstoffverlust, wegen Freiräumen zwischen Bestandteilen. Manche Treibstoffsysteme haben jedoch einen relativ hohen Treibstoffverlust zur Schmierung, Kühlung und für andere Zwecke. Obwohl das Entweichen von Treibstoff wünschenswerte Vorteile haben kann, können Treibstoffverlustraten sich mit der Zeit ändern und können vorgegebene Grenzen überschreiten.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Treibstoffverlustrate in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors mit einer Mehrzahl von Verbrennungsräumen zur Verfügung. Die Vorrichtung umfasst einen Treibstoffspeicher, einen Sensor, eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren und ein Kontrollsystem. Der Treibstoffspeicher ist angeordnet, einen Treibstofffluss aufzunehmen. Der Sensor ist ausgebildet, einen Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher festzustellen und ein Drucksignal zu übermitteln, welches für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher bezeichnend ist. Jeder Treibstoffinjektor der Mehrzahl von Treibstoffinjektoren ist betreibbar, eine Menge an Treibstoff von dem Treibstoffspeicher zu einem der Mehrzahl von Verbrennungsräumen zu fördern. Das Kontrollsystem ist ausgebildet, das Drucksignal zu empfangen, ein Kontrollsignal zu senden, welches den Treibstofffluss zu dem Treibstoffspeicher unterbricht, die Treibstoffverlustrate in dem Treibstoffsystem zu bestimmen, eine Abnahme des Treibstoffdrucks um einen vorgegebenen Betrag, basierend auf dem Drucksignal, zu bestimmen, und ein Kontrollsignal zum Neustart des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher, basierend auf dem vorgegebenen Betrag an verringertem Treibstoffdruck zu senden.
Diese Offenbarung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Bestimmen einer Treibstoffverlustmenge in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors bereit. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Treibstoffflusses zu einem Treibstoffspeicher, Unterbrechen des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher, um den Anfang eines Terminationsereignisses zu definieren und Bestimmen eines Treibstoffdrucks in dem Treibstoffspeicher während des Terminationsprozesses. Das Verfahren umfasst weiter Bestimmen einer Abnahme des Treibstoffdrucks, um einen vorgegebenen Betrag basierend auf dem Drucksignal, Neustarten des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher, wenn der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher, um den vorgegebenen Betrag abnimmt, Festlegen eines Endes des Terminationsereignisses und Bestimmen der Treibstoffverlustrate von dem Treibstoffsystem basierend auf dem Treibstoffdruck.
Diese Offenbarung stellt ebenfalls eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Treibstoffverlustrate in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors bereit, wobei die Vorrichtung ein Treibstoffspeicher, einen Sensor, eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren und ein Kontrollsystem aufweist. Der Treibstoffspeicher ist angeordnet, einen Treibstofffluss aufzunehmen. Der Sensor ist ausgebildet einen Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher festzustellen und ein Drucksignal zu senden, welches für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher bezeichnend ist. Jeder Treibstoffinjektor der Mehrzahl von Treibstoffinjektoren ist betreibbar, eine Menge an Treibstoff von dem Treibstoffspeicher in einen Verbrennungsraum zu fördern. Das Kontrollsystem ist ausgebildet, das Drucksignal zu empfangen, ein Kontrollsignal zum Unterbrechen des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher zu senden, die Treibstoffverlustrate in dem Treibstoffsystem zu bestimmen und ein Kontrollsignal zum Neustarten des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher zu senden.
Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden im Folgenden anhand der detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt ein Datenerfassungs-, Analyse- und Kontrollmodul (DAC) des Motors nach 1 in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Prozessflussdiagramm für einen Datenerfassungsprozess des DAC-Moduls nach 2 in Übereinstimmung mit einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt einen Graphen, welcher die Datenerfassung während des Stillstands des Treibstoffflusses zu einem Speicher des Verbrennungsmotors nach 1 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf 1 ist ein Ausschnitt eines Verbrennungsmotors dargestellt, welcher eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als vereinfachte schematische Darstellung zeigt und grundsätzlich mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Motor 10 weist einen Motorkörper 11, welcher einen Motorblock 12 und einen Zylinderkopf 14 umfasst, welcher an dem Maschinenblock 12 vorgesehen ist, ein Treibstoffsystem 16 und ein Kontrollsystem 18 auf. Das Kontrollsystem 18 empfängt Signale von Sensoren, welche an dem Motor 10 angeordnet sind und sendet Kontrollsignale zu Einrichtungen, welche an dem Motor 10 vorgesehen sind, um die Funktion dieser Einrichtungen, wie beispielsweise einer oder mehrere Treibstoffinjektoren zu kontrollieren.
Eine Herausforderung mit Treibstoffsystemen ist, dass sie eine gewisse Menge an Treibstoffverlust aufweisen, welcher einem Treibstoffverlust durch Kontrollventile, als Schmiermittel für bestimmte Teile, zum Kühlen von Teilen und anderen Zwecken geschuldet ist. Ein bestimmtes Volumen an Treibstoffverlust ist erwartet und stellt Vorteile für den Motor 10 bereit. Wenn der Treibstoffverlust jedoch einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, verringert der Treibstoffverlust den Wirkungsgrad des Motors 10 dadurch, dass der entwichene Treibstoff ersetzt werden muss. Daher ist es vorteilhaft, die Treibstoffverlustrate vom Treibstoffsystem 16 zu messen, um zu bestimmen, ob die Treibstoffverlustrate geringer als die vorgegebene Grenzwertrate ist. Einen solchen Treibstoffverlust zu messen, kann jedoch herausfordernd sein, da der Motor 10 eine dynamische Umgebung ist und Signale, welche für eine Treibstoffflussrate bezeichnend sind, wie sie beispielsweise in einem Saugkreis vorkommen, hinreichendes Rauschen aufweisen können, so dass diese Signale zu ungenau sind, um eine frühe Warnung vor übermäßigem Treibstoffverlust bereitzustellen. Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung stellen eine verbesserte Bestimmung von Treibstoffverlust von einem Treibstoffsystem 16 zur Verfügung, was die Möglichkeit eröffnet, den Bediener bezüglich der Notwendigkeit den Motor 10 wegen übermäßigem Treibstoffverlust vom Treibstoffsystem 16 zu warten, zu warnen. Die Vorrichtung und das Verfahren, welche nachstehend beschrieben werden, stellen Messungen von Treibstoffverlust vom Treibstoffsystem 16 bereit, wobei sie einen unerwünschten Abfall des Treibstoffdrucks in dem Treibstoffspeicher oder Treibstoff-Rail des Treibstoffsystems 16 des Motors 10 verhindern. Das Kontrollsystem 18 ist ausgebildet, den Fluss von Treibstoff zu dem Treibstoffspeicher oder Rail der Maschine 10 zu unterbrechen. Während der Treibstofffluss zu dem Treibstoffspeicher unterbrochen ist, was ein Terminationsereignis darstellt, empfängt das Kontrollsystem 18 Signale von einem Drucksensor, welcher mit dem Treibstoffspeicher verbunden ist, welcher für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher bezeichnend sind. Indem der Treibstofffluss basierend auf dem Treibstoffdruckabfall in dem Speicher statt auf Zeit unterbrochen wird, sind die Leistung und Emissionen des Motors 10 aufrechterhalten.
Der Motorkörper 12 weist eine Kurbelwelle 20, einen #1 Kolben 22, einen #2 Kolben 24, einen #3 Kolben 26, einen #4 Kolben 28, einen #5 Kolben 30, einen #6 Kolben 32 und eine Mehrzahl von Verbindungsstangen 34 auf. Die Kolben 22, 24, 26, 28, 30 und 32 sind für wechselseitiges Bewegen in einer Mehrzahl von Motorzylindern 36 angeordnet, wobei ein Kolben in jedem Motorzylinder 36 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange 34 verbindet jeden Kolben mit der Kurbelwelle 20. Wie gezeigt werden wird, verursacht die Bewegung der Stangen unter Wirkung eines Verbrennungsprozesses in dem Motor 10, dass die Verbindungsstangen 34 die Kurbelwelle 20 bewegen.
Eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren 38 sind in dem Zylinderkopf 14 angeordnet. Jeder Treibstoffinjektor 38 ist fluidisch mit einem Verbrennungsraum 40 verbunden, welcher mit einem Kolben, einem Zylinderkopf 14 und einem Teil des Motorzylinders 36, welcher sich zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf 14 erstreckt, gebildet ist.
Das Treibstoffsystem 16 stellt den Injektoren 38 Treibstoff zur Verfügung, welcher dann in die Verbrennungsräume 40 durch Tätigkeit der Treibstoffinjektoren 38 eingespritzt wird, was einen oder mehrere Injektionsvorgänge darstellt. Das Treibstoffsystem 16 umfasst einen Treibstoffkreislauf 42, einen Treibstofftank 44, welcher Treibstoff enthält, eine Hochdrucktreibstoffpumpe 46, welche entlang des Treibstoffkreislaufs 42 in Flussrichtung nach dem Treibstofftank 44 angeordnet ist und ein Treibstoffspeicher oder Rail 48, welcher entlang des Treibstoffkreislaufs 42 in Flussrichtung nach der Hochdruckpumpe 46 angeordnet ist. Der Treibstoffspeicher oder Rail 48 ist als einzelne Einrichtung oder Element dargestellt. Der Speicher 48 kann über eine Mehrzahl von Elementen verteilt sein, welche Hochdrucktreibstoff aufnehmen oder abgeben, wie beispielsweise Treibstoffinjektor(en) 38, Hochdrucktreibstoffpumpe 46 und jegliche Leitungen, Durchgänge, Rohre, Schläuche und Ähnliches, welche den Hochdrucktreibstoff von der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 mit der Mehrzahl von Elementen verbinden. Das Treibstoffsystem 16 weist ebenfalls ein Einlassdosierventil 52, welches entlang des Treibstoffkreislaufs 42 stromaufwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 aus gesehen angeordnet ist und ein oder mehrere Auslasskontrollventile 54 auf, welche entlang des Treibstoffkreislaufs 42 stromabwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 angeordnet sind, um einen Einwegtreibstofffluss von der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 zu dem Treibstoffspeicher 48 zu ermöglichen. Obwohl nicht dargestellt, können entlang des Treibstoffkreislaufs weitere Elemente angeordnet sein. Beispielsweise können die Einlasskontrollventile stromabwärts von den Einlassdosierventilen 42 aus gesehen und stromaufwärts von der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 angeordnet sein. Auch können die Einlasskontrollventile in der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 integriert sein. Das Einlassdosierventil 52 ist ausgebildet, den Treibstofffluss zur Hochdrucktreibstoffpumpe 46 zu variieren oder zu unterbrechen, was den Treibstofffluss zum Treibstoffspeicher 48 unterbricht. Der Treibstoffkreislauf 42 verbindet den Treibstoff vom Treibstoffspeicher 48 mit den Treibstoffinjektoren 38, welche dann kontrollierte Mengen von Treibstoff an die Verbrennungsräume 40 bereitstellen. Der Motor 10 weist ebenfalls einen Saugkreis 66 auf, welcher angeordnet ist, ausgetretenen Treibstoff von Treibstoffinjektoren 38 und von anderen Bereichen des Treibstoffsystems 16 mit dem Treibstofftank 44 zu verbinden. Solch ausgetretener Treibstoff kann von der Betätigung von Ventilen in den Treibstoffinjektoren 38, von der Schmierung von Treibstoffinjektoren 38 und von anderen Funktionen der Treibstoffinjektoren 38 und des Treibstoffsystems 16 her rühren. Das Treibstoffsystem 16 kann ebenfalls eine Niederdrucktreibstoffpumpe 50 aufweisen, welche an dem Treibstoffkreislauf 42 zwischen dem Treibstofftank 44 und der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 angeordnet ist. Die Niederdrucktreibstoffpumpe 50 stellt einen fast konstanten Druck zu dem Einlassdosierventil 52 bereit, um eine Kontrollierbarkeit des Drucks an dem Einlassdosierventil 52 bereitzustellen.
Das Kontrollsystem 18 kann ein Kontrollmodul 56 und einen Kabelbaum 58 aufweisen. Einige der Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in Form von Verfahrenssequenzen beschrieben, welche von Elementen eines Computersystems oder anderer Hardware ausgeführt wird, welche in der Lage ist, programmierte Anweisungen auszuführen, wie zum Beispiel ein Computer für allgemeine Zwecke, ein Computer für spezielle Zwecke, Workstations oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen. Es ist festzustellen, dass in jedem der Ausführungsformen die verschiedenen Prozesse in spezialisierten Schaltkreisen (zum Beispiel einzelnen logischen Weichen, welche miteinander verbunden sind, um eine spezielle Funktion durchzuführen), mittels Programmanweisungen (Software) wie beispielsweise logischen Blöcken, Programmmodulen etc. welche durch einen oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden (zum Beispiel einem oder mehreren Mikroprozessoren, einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), und/oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), oder durch Kombination von beidem durchgeführt werden können. Beispielsweise können Ausführungsformen in Hardware, Software, Firmware, Middleware, Mikrocode oder einer Kombination hiervon inkrementiert sein. Die Anweisungen können Programmcode oder Codesegmente sein, welche die notwendigen Aufgaben durchführen und können in einem nicht-flüchtigen, maschinen-lesbaren Medium, wie beispielsweise einem Speichermedium oder andren Medien gespeichert sein. Ein Codesegment kann einen Vorgang, eine Funktion, ein Unterprogramm, ein Programm, eine Routine, eine Sub-Routine, ein Modul, ein Softwarepaket, eine Klasse, oder eine Kombination von Anweisungen, eine Datenstruktur oder Programmaussagen darstellen. Ein Codesegment kann mit einem weiteren Codesegment oder einem Hardwareschaltkreis, durch das Weitergeben und/oder Erhalten von Informationen, Daten, Argumenten, Parametern oder Speicherinhalt, verbunden sein.
Das nicht-flüchtige, maschinen-lesbare Medium kann außerdem durch eine beliebige greifbare Form eines computer-lesbaren Trägers verkörpert angesehen werden, wie einen Solid-State-Speicher, eine magnetische Platte oder optische Platte, welche einen geeigneten Satz von Computeranweisungen, wie beispielsweise Programmmodulen und Datenstrukturen, aufweist, welche einen Prozessor dazu veranlassen würden, die hier beschriebenen Techniken auszuführen. Ein computer-lesbares Medium kann das Folgende umfassen: Eine elektrische Verbindung, welche einen oder mehrere Kabel aufweist, magnetische Plattenspeicher, magnetische Kassetten, magnetische Bänder oder andere magnetische Speichergeräte, tragbare Computerdisketten, Random-Access-Speicher (RAM), einen Read-only-Speicher (ROM), löschbarer, programmierbarer Read-only-Speicher (zum Beispiel EPROM, EEPROM oder Flash-Speicher) oder ein beliebiges greifbares Medium, welches Informationen speichern kann.
Es ist festzustellen, dass das System der vorliegenden Offenbarung als mit verschiedenen Modulen und Einheiten, welche bestimmte Funktionen durchführen, umfassend dargestellt und diskutiert wird. Es sollte verstanden werden, dass diese Module und Einheiten lediglich schematisch dargestellt werden, basierend auf ihrer Funktion, um den Zweck zu verdeutlichen, wobei diese nicht notwendigerweise spezifische Hardware oder Software darstellen. Diesbezüglich können diese Module, Einheiten und Komponenten Hardware und/oder Software sein, welche implementiert sind, um im Wesentlichen die hier erläuterten Funktionen auszuführen. Die verschiedenen Funktionen der verschiedenen Komponenten können in beliebiger Weise als Hardware oder Softwaremodule kombiniert oder getrennt werden, und können sowohl separat als auch in Kombination nützlich sein. Input/Output oder I/O-Geräte oder Benutzerschnittstellen aufweisend jedoch nicht beschränkt auf Tastaturen, Bildschirme, Deutungsgeräte und Ähnliches können mit dem System entweder direkt oder durch zwischengeschaltete I/O-Kontroller verbunden sein. Daher können die verschiedenen Aspekte der Offenbarung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und all diese Formen werden als Teil der Offenbarung betrachtet.
Das Kontrollsystem 18 umfasst auch einen Speicherdrucksensor 60 und ein Kurbelwinkelsensor. Während der Sensor 60 als Drucksensor beschrieben ist, kann der Sensor 60 auch ein anderes Gerät sein, welches kalibriert sein kann, ein Drucksignal, welches den Treibstoffdruck darstellt, wie beispielsweise ein Kraftwandler, ein Dehnungsmesser oder andere Vorrichtungen, bereitzustellen. Der Kurbelwinkelsensor kann ein bezahntes Sensorrad 62, ein drehbarer Hall-Sensor 64 oder andere Arten von Vorrichtungen sein, welche in der Lage sind, den Drehwinkel des Kurbelschafts 20 zu messen. Das Kontrollsystem 18 verwendet Signale, welche durch den Speicherdrucksensor 60 und dem Kurbelwinkelsensor erhalten wurden, um den Verbrennungsraum zu bestimmen, welcher Treibstoff erhält, was anschließend dazu verwendet werden soll, die Signale, welche von dem Speicherdrucksensor 60 erhalten wurden, zu analysieren. Dies ist nachstehend in Detail beschrieben.
Das Kontrollmodul 56 kann eine elektronische Kontrolleinheit oder ein elektronisches Kontrollmodul (ECM) sein, welches Zustände des Motors 10 oder eines verbundenen Fahrzeugs, in welchem der Motor 10 angeordnet ist, überwacht. Das Kontrollmodul 56 kann ein einzelner Prozessor, ein verteilter Prozessor, ein elektronisches Äquivalent zu einem Prozessor oder eine Kombination der vorgenannten Elemente sein, wie ebenfalls Software, elektronische Speicher, fixierte Nachschlagetabellen und dergleichen. Das Kontrollmodul 56 kann einen digitalen oder analogen Schaltkreis aufweisen. Das Kontorollmodul 56 kann zu bestimmten Komponenten des Motors 10 durch einen Kabelbaum 58 verbunden sein, obwohl diese Verbindung auch durch andere Mittel aufweisend schnurlose Systeme hergestellt sein kann. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 56 mit dem Einlass-Dosierventil 52 und den Treibstoffinjektoren 38 verbunden sein und an diese ein Kontrollsignal zur Verfügung stellen.
Im Betrieb des Motors 10 verursacht die Verbrennung im Verbrennungsraum 40 die Bewegung der Kolben 22, 24, 26, 28, 30 und 32. Die Bewegung der Kolben 22, 24, 26, 28, 30 und 32 verursacht eine Bewegung der Verbindungsstange 34, welche antreibend mit der Kurbelwelle 20 verbunden sind. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle wird durch den Motor 10 gemessen, und hilft der Steuerung des Timings der Verbrennungsvorgänge in dem Motor 10 und anderen Zwecken. Der Rotationswinkel der Kurbelwelle 20 kann an vielen Stellen wie der Umlenkrolle der Kurbel (nicht gezeigt), einem Motorflugrad (nicht gezeigt), einer Motornockenwelle (nicht gezeigt) oder an der Nockenwelle selbst gemessen werden. Messungen des Rotationswinkels der Kurbelwelle 20 kann mittels eines bezahnten Sensorrades 52, einem drehbaren Hall-Sensor 64 und mittels anderen Techniken durchgeführt werden. Ein Signal, welches den Rotationswinkel der Kurbelwelle 20 darstellt, welcher auch Kurbelwinkel genannt wird, wird von dem bezahnten Sensorrad 62, den drehenden Hall-Sensor 64 oder anderen Vorrichtungen an das Kontrollsystem 18 übermittelt.
Die Kurbelwelle 20 treibt die Hochdrucktreibstoffpumpe 46 und die Nieder-Drucktreibstoffpumpe 50 an. Die Tätigkeit der Nieder-Drucktreibstoffpumpe 50 zieht Treibstoff von dem Treibstofftank 44 und fördert den Treibstoff durch den Treibstoffkreislauf 42 dem Einlassdosierventil 52 entgegen. Vom Einlassdosierventil 52 aus fließt der Treibstoff stromabwärts entlang des Treibstoffkreislaufs 42 durch Einlassüberprüfungsventile (nicht dargestellt) zu der Hochdrucktreibstoffpumpe 46. Die Hochdrucktreibstoffpumpe 46 fördert den Treibstoff stromabwärts durch den Treibstoffkreis 42 durch Auslasskontorollventile 54 Richtung Treibstoffspeicher oder Rail 48. Das Einlassdosierventil 52 empfängt Kontrollsignale vom Kontrollsystem 18 und ist betreibbar, den Fluss von Treibstoff zur Hochdrucktreibstoffpumpe 46 zu unterbrechen. Das Einlassdosierventil 52 kann ein Proportionalventil oder ein An-/Ausventil sein, welches ausgebildet ist, schnell zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position geregelt zu werden, um die Menge an Flüssigkeit anzupassen, welche durch das Ventil fließt.
Der Treibstoffdrucksensor 60 ist mit dem Treibstoffspeicher 48 verbunden und ist ausgebildet, Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 festzustellen oder zu messen. Der Treibstoffdrucksensor 60 sendet Signale, welche für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 bezeichnend sind, an das Kontrollsystem 18. Der Treibstoffspeicher 48 ist mit jedem Treibstoffinjektor 38 verbunden. Das Kontrollsystem 18 stellt ein Kontrollsignal zu den Treibstoffinjektoren 38 bereit, welches Betriebsparameter für jeden Treibstoffinjektor 38, wie beispielsweise die Länge der Zeit, in welcher ein Treibstoffinjektor 38 im Betrieb ist und die Anzahl von Treibstoffpulsen pro Verbrennung oder der Injektionszeitraum, bestimmt, was die Menge an Treibstoff, welche zu jedem der Treibstoffinjektoren 38 gefördert wird, bestimmt.
Das Kontrollsystem 18 umfasst einen Prozess, welcher die Bestandteile des Motors 10 kontrolliert, um Treibstoffverlust vom Treibstoffsystem 16 zu messen. In 2 sind ein Datenerfassungs-, Analyse- und Kontrollmodul (DAC) 70, in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das DAC-Modul 70 weist einen Timermodul 72, ein Treibstofffluss-Kontrollmodul 74, ein Datenerfassungs- und Analysemodul 76 und ein Treibstoffinjektor-Kontrollmodul 78 auf.
Das Timermodul 72 erhält ein Signal, welches für einen Betriebszustand des Motors 10 bezeichnend ist und ein Prozess-Abgeschlossen-Signal von dem Treibstofffluss-Kontroll-Modul 74. Es ist eine Funktion des Timermoduls 72, den Datenerfassungsprozess des DAC-Moduls 70 auszulösen, wenn es der Betriebszustand des Motors 10 es erlaubt und in spezifischen oder vorgegebenen Intervallen. Das Timermodul 72 überwacht ebenfalls die Motorbetriebsbedingung und kann das Timingintervall anpassen, um Messungen unter eine Vielfalt von Motorbedingungen, wie beispielsweise eine Vielfalt von Treibstoffeinspritzmengen und Speicherdruckniveaus, einzubeziehen. Das Timermodul 72 kann ebenfalls eine neue Messung unterbinden, wenn der Speicher 48 bei einem konstanten Druckniveau verbleibt oder wenn Treibstoffinjektoren 38 mit demselben Treibstoffeinspritzniveau angesprochen werden, wobei diese Unterbindungen eine maximale Dauer haben können. Das Timermodul 72 kann ebenfalls die Konvergenz jedes Treibstoffinjektors 38 überwachen. Ein Treibstoffinjektor ist konvergiert, wenn neue Messungen der Prozesse, wie nachstehend beschrieben, mit den angepassten oder eingestellten Treibstoffeinspritz-Charakteristika übereinstimmen, was bedeutet, dass das Messintervall erhöht werden kann, um unnötige Treibstoffflussunterbrechungen zu vermeiden. Wenn Konvergenz niemals eintritt, kann der nachstehend beschriebene Prozess ein Systemfehler anzeigen, welcher das Eingreifen des Bedieners erfordert. Das Timermodul kann auch die Anzahl von Gelegenheiten, zu welchen der Treibstofffluss gestoppt wird, begrenzen, um übermäßige Treibstoffflussunterbrechungen zu verhindern, was durch Überschreiben des Einlassdosierventils 52 erreicht wird. Um den Datenerfassungsprozess auszulösen, löst oder startet das Timermodul 72 einen Timingprozess aus, in dem es entweder die Betriebsbedingung des Motors 10 oder das Abschließen eines vorherigen Datenerfassungsprozesses verwendet. Wenn der Motor 10 zum ersten Mal startet, erhält das Timermodul 72 ein Motorbetriebssignal vom Kontrollsystem 18, welches anzeigt, dass der Motor 10 im Betrieb ist. Dies löst einen Timer im Timermodul 72 aus. Wenn der Timer ein spezifisches oder vorbestimmtes Intervall erreicht, welches im Bereich zwischen 1 und 4 Stunden liegen kann und als Fahrzyklus oder OBD (on-board diagnostics) Zyklus beschrieben werden kann, übermittelt das Timermodul 72 ein Prozesseinleitungssignal zum Durchflusskontrollmodul 74. Anschließende Timingprozesse werden durch das Prozessabgeschlossen-Signal ausgelöst, welches vom Durchflusskontrollmodul 74 erhalten wird.
Das Treibstoffdurchflusskontrollmodul 74 empfängt das Prozessauslösesignal von dem Timermodul 72, ein Datenerfassungabgeschlossen-Signal von dem Datenerfassungs- und Analysemodul 76 und ein Kurbelwellenwinkelsignal vom Kontrollsystem 18. Das Durchflusskontrollmodul 74 stellt das Prozessabgeschlossen-Signal dem Timermodul 72, ein Datenerfassungsauslöse-Signal dem Datenerfassungs- und Analysemodul 76 und ein Treibstoffdurchflusskontrollsignal dem Treibstoffsystem 16 bereit.
Das Prozessauslösesignal des Timermoduls 72 bedingt das Durchflusskontrollmodul 74 auf einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel zu warten und, wenn der vorgegebene Winkel erreicht ist, ein Treibstoffdurchflusskontrollsignal an das Treibstoffsystem 16 zu senden, was den Treibstofffluss zum Speicher 48 stoppt, was den Beginn des Terminierungsereignisses darstellt. Nach dem Übersenden des Treibstoffdurchflussunterbrechungssignals sendet das Durchflusskontrollmodul 74 das Datenerfassungsinitiationssignal zu dem Datenerfassungs- und Analysemodul 76. Das Datenerfassungabgeschlossen-Signal von dem Datenerfassungs- und Analysemodul 76 bedingt das Durchflusskontrollmodul 74 das Treibstoffdurchflusskontrollsignal an das Treibstoffsystem 16 zu senden, welches den Treibstofffluss zum Speicher 48 wiederbeginnt, was das Terminationsereignis beendet. Nach dem Übermitteln des Signals zum Wiederstarten des Treibstoffflusses, übermittelt das Durchflusskontrollmodul 74 das Prozessabgeschlossen-Signal zum Timermodul 72.
Das Datenerfassungs- und Analysemodul 76 empfängt das Datenerfassungsinitiationssignal von dem Durchflusskontrollmodul 74 und ein Treibstoffdruckdatensignal von dem Treibstoffrail oder Speicherdrucksensor 60 und stellt einen oder mehrere Injektorbetriebsparametersignale dem Treibstoffinjektorkontrollmodul 58 und das Datenerfassungabgeschlossen-Signal dem Durchflusskontrollmodul 74 zur Verfügung. Wenn das Datenerfassungs- und Analysemodul 76 das Datenerfassungs-Signal von dem Durchflusskontrollmodul 76 empfängt, beginnt das Modul 76 Treibstoffdruckdatensignale des Speicherdrucksensors 60 zu bevorraten. Das Modul 76 wird die Treibstoffdruckdatensignale erfassen und die Treibstoffdatensignale analysieren, um zu bestimmen, wann eine vorgegebene Treibstoffdruckabnahme erreicht wurde. Sobald die vorgegebene Treibstoffdruckabnahme erreicht ist, wird das Modul 76 die Analyse der Treibstoffdruckdatensignale abschließen, um zu bestimmen, ob die Betriebsparameter für einen oder mehrere Treibstoffinjektoren 38 modifiziert werden müssen und ob der Treibstoffverlust von dem Treibstoffsystem 16 geringer ist als eine vorgegebene Obergrenze, wie nachstehend beschrieben. Wenn ein oder mehrere Betriebsparameter von einem beliebigen Treibstoffinjektor 38 eine Anpassung benötigt, wird das Modul 76 die angepassten Treibstoffinjektorbetriebsparameter an das Treibstoffinjektormodul 78 übermitteln, um diese in einem nachfolgenden Injektionsvorgang zu verwenden. Das Datenerfassungs- und Analysemodul 76 sendet ebenfalls ein Datenerfassungabgeschlossen-Signal an das Durchflusskontrollmodul 74.
Das Treibstoffinjektorkontrollmodul 78 empfängt Treibstoffinjektorbetriebsparameter von dem Datenerfassungs- und Analysemodul 76 und stellt jedem Treibstoffinjektor 38 Signale zur Verfügung, welche den Betrieb jedes Treibstoffinjektors 38 kontrollieren. Beispielsweise können die Betriebsparameter die Betriebszeit jedes Treibstoffinjektors 38, die Zahl der Treibstoffpulse von dem Treibstoffinjektor 38 sowie die Platzierung eines Treibstoffinjektionsereignisses in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel oder Kurbelwellenwinkel aufweisen. Zwar ist dies nicht dargestellt, aber das Treibstoffeinspritzkontrollmodul 78 empfängt jedoch auch Informationen bezüglich einer gewünschten Treibstoffmenge, eines gewünschten Starts der Einspritzung und anderer Informationen, welche benötigt werden, um den Betrieb jedes Treibstoffinjektors 38 ordnungsgemäß zu kontrollieren.
In 3 ist ein Fließdiagramm dargestellt, welches den Datenerfassungsprozess 100 des Kontrollsystems 18 in Übereinstimmung mit einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Der Datenerfassungsprozess 100 kann in ein oder mehrere Module des Kontrollsystems 18 verteilt sein, wie beispielsweise das Timermodul 72, das Durchflusskontrollmodul 74 und das Datenerfassungs- und Analysemodul 76. Der Datenerfassungsprozess 100 kann ein Teil eines größeren Prozesses sein, welcher in das Kontrollmodul 56 eingearbeitet ist, welches manche oder alle der Funktionen des Motors 10 kontrolliert. Obwohl 3 den Datenerfassungsprozess 100 als eigenständig darstellt, ist es wahrscheinlich, dass der Datenerfassungsprozess 100 von einem größeren Prozess gerufen wird und bei Abschluss des Datenerfassungsprozess 100 die Kontrolle an den gerufenen Prozess zurückgegeben wird.
Der Datenerfassungsprozess 100 beginnt mit einem Prozess 102. Der Prozess 102 kann das Setzen von Variablen innerhalb des Datenerfassungsprozesses 100 auf einen Anfangswert, die Freigabe des Registers und andere notwendige Funktionen für eine ordnungsgemäße Funktion des Datenerfassungsprozesses 100 aufweisen. Von dem Prozess 102 wird die Kontrolle an den Prozess 104 weitergegeben. Beim Prozess 104 wird ein Timer gestartet und eine Zeit T₀ gesetzt. Der Datenerfassungsprozess 100 kann eine weitere Timerfunktion des Motors 10 verwenden, um eine Anfangszeit T₀ für die Voraussetzungen des Datenerfassungsprozesses 100 zu schaffen. Zur Vereinfachung der Erklärung ist die Timerfunktion als Teil des Datenerfassungsprozesses 100 beschrieben.
Der Datenerfassungsprozess 100 fährt mit dem Entscheidungsprozess 106 fort. Beim Prozess 106 bestimmt der Datenerfassungsprozess 100, ob die derzeitige Zeit T größer oder gleich T₀, zuzüglich einer vorgegebenen oder spezifischen Zeitänderung ∆T seit dem Start des Timers ist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung kann ∆T eine Stunde sein. Der Zeitraum kann größer oder kleiner als eine Stunde sein, in Abhängigkeit der gemessenen Änderungen von gefördertem Treibstoff oder anderen Bedingungen. Während ∆T an dieser Stelle als ein fester oder vorgegebener Wert beschreiben ist, kann ∆T, basierend auf tatsächlichen Daten, variiert werden. Sind beispielsweise keine Anpassungen der Parameter für den Treibstoffinjektor 38 für eine lange Zeit, wie eine Stunde oder mehr nötig, kann ∆T zu einem höheren Wert, wie 30 Min., durch Aktionen eines der hier beschriebenen Module, erhöht werden. Wenn T weniger als T₀ mit ∆T addiert ist, wartet der Datenerfassungsprozess 100 beim Entscheidungsprozess 106, bis der gegenwärtige Zeitpunkt T größer oder gleich T₀ mit ∆T addiert ist. Wie bei der Anfangszeit T₀, kann die Timingfunktion auch an anderer Stelle in dem Motor 10 ausgeführt werden und wird in den Prozess aus dem Grund der vereinfachten Erklärung miteinbezogen. Sobald die Bedingung des Entscheidungsprozesses 106 erreicht wurde, geht der Prozess zum Entscheidungsprozess 108 über.
Beim Entscheidungsprozess 108 bestimmt der Datenerfassungsprozess 100, ob der Treibstoffdruck P in dem Treibstoffspeicher 48 größer als ein minimaler Treibstoffdruck P_MIN ist. Der Zweck des Prozesses 108 ist zu überprüfen, ob genügend Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 ist, um das Sammeln von gültigen Daten von zumindest einem Kolben sicherzustellen. Wenn der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 daher nahe eines Drucklevels ist, welches für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Treibstoffinjektors 38 unzureichend ist, wartet der Datenerfassungsprozess 100 bis die Hochdrucktreibstoffpumpe 46 den Treibstoffdruck im Treibstoffspeicher 48 auf ein angemessenes Treibstoffdrucklevel erhöht hat. Der minimale Treibstoffdruck wird von vielen Faktoren, insbesondere dem Motortyp, der Menge an Treibstoff, welche jeder Treibstoffinjektor 38 für gewöhnlich liefert, und der Kapazität der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 abhängen. Wenn beispielsweise die Treibstoffinjektoren 38 am effizientesten mit einem Speichertreibstoffdruck von 1200 bar arbeiten, kann P_MIN auf einem normalen Betriebstreibstoffdruck von 1700 bar oder mehr eingestellt werden, um sicherzustellen, dass der Speicher 48 einen normalen Betriebstreibstoffdruck selbst unter hohen Lastbedingungen sicherzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist P_MIN 1700 bar. Der Datenerfassungsprozess 100 geht zu einem Prozess 110 über, sobald der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 P_MIN erreicht hat.
Beim Prozess 110 setzt der Datenerfassungsprozess 100 den Treibstoffdruck P₀ auf den momentanen Treibstoffdruck P_C in dem Treibstoffspeicher 48. Der Datenerfassungsprozess 100 geht dann zum Prozess 112 über. Beim Prozess 112 sendet das Kontrollsystem 18 ein Kontrollsignal an das Einlassdosierventil 52, um dieses zu schließen, was den Treibstofffluss zu der Hochdrucktreibstoffpumpe 46 unterbricht und den Beginn des Terminationsvorgangs bildet. Das Kontrollsystem 18 beginnt Signale vom Speicherdrucksensor 60 während des Datenerfassungsprozesses 114, welcher mit einem Kurbelwinkel von 0º plus einem Versatz, welcher 20º sein kann, zu bevorraten. Der Zweck des Versatzes ist in der Unterbringung der Dauer begründet, welche das Einlassdosierventil 92 braucht, um zu reagieren und kann auch das Timing der Treibstoffinjektionsereignisse umfassen. Die Datenerfassung wird durch die Zündungssequenz fortfahren, welche Kolben 22, Kolben 30, Kolben 26, Kolben 32, Kolben 24 und Kolben 28 oder Kolben #1, Kolben #5, Kolben #3, Kolben #6, Kolben #2 und Kolben #4 sein kann. Beim Entscheidungsprozess 116 bestimmt der Datenerfassungsprozess 100, ob der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48 weniger als oder gleich P₀ – ∆P_Limit ist, wobei ∆P_Limit der maximale Gesamttreibstoffdruckabfall ist, welcher in dem Treibstoffspeicher 48 zulässig ist. Sobald die Bedingung des Entscheidungsprozesses 116 erfüllt ist, geht der Datenerfassungsprozess 100 zum Prozess 118 über, wo die Datenerfassung vom Speicherdrucksensor 60 gestoppt wird und die erfassten Signale oder Daten durch das Kontrollsystem 18 analysiert werden, wie nachstehend im Detail beschrieben. Obwohl dies im Datenerfassungsprozess 100 nicht dargestellt ist, kann der Prozess 100 einen weiteren Prozess während des Datenerfassungsprozesses aufweisen, welcher den Abschaltungsvorgang unterbricht, wenn der Speicherdruck unabhängig von anderen Bedingungen unter einen vorgegebenen Druck fällt. Der Datenerfassungsprozess 100 kann auch einen Prozess aufweisen, welcher eine Mehrzahl von Treibstoffabschaltungsereignissen zur Verfügung stellt, wobei jedes Abschaltungsereignis durch ein anpassbares oder kalibrierbares Intervall, beispielsweise von 15 Sekunden, beabstandet ist.
Beim Prozess 120 sendet das Kontrollsystem 18 ein Signal an das Einlassdosierventil 52 sich zu öffnen, den Treibstofffluss zur Hochdrucktreibstoffpumpe 46 und dem Treibstoffspeicher 48 wiederherzustellen, zu erlauben, wieder zu erlauben, zu starten oder wieder zu starten, und das Terminierungsereignis zu beenden. Während der Prozess 120 als nach der Analyse der Daten im Prozess 118 auftretend dargestellt ist, kann der Prozess auch zuerst und dann die Analyse der Daten, ob der Treibstofffluss zu dem Speicher aus Betriebsgründen schnell wiederermöglicht werden soll, umgesetzt werden. Bei dem Entscheidungsprozess 122 bestimmt der Datenerfassungsprozess 100, ob der Motor 10 in einem abgeschalteten Zustand ist. Wenn der Motor abgeschaltet wird, ist die Messung der Treibstoffzufuhr durch die Treibstoffinjektoren 38 nicht länger erwünscht und könnte zu ungültigen Daten führen, so dass der Datenerfassungsprozess 100 beim Prozess 124 endet. Wenn der Betrieb des Motors 10 fortgesetzt wird, kehrt der Datenerfassungsprozess 100 zum Prozess 104 zurück, wo der Timer neu gestartet wird und der Datenerfassungsprozess 100 verfährt wie voranstehend beschrieben.
Während der Datenerfassungsprozess 100 bezüglich 6 Kolben beschrieben ist, kann der Datenerfassungsprozess 100 für eine beliebige Anzahl von Kolben benutzt werden. Die einzige Anpassung, welche notwendig ist, dass der Prozess ordnungsgemäß funktioniert, ist die zur Verfügungsstellung der Kurbelwinkel zum Zünden der Kolben und die Zündungsreihenfolge.
4 zeigt repräsentative Daten, welche während des Betriebs des voranstehend beschriebenen Prozesses erfasst wurde. In der beispielhaften Ausführungsform zeigt die horizontale Achse der 4 einen Zeitbereich für die Datenerfassungsprozess. Die horizontale Achse kann ebenfalls den Kurbelwinkel des Motors 10 darstellen. Die vertikale Achse zeigt beispielhaft Treibstoffdrücke des Treibstoffspeichers 48. Der Wert P_MIN, welcher im Prozess 108 des Datenerfassungsprozesses 100 verwendet wird, ist an der vertikalen Achse gezeigt. Der Wert ∆P_Limit, welcher den zulässigen maximalen Gesamtdruckabfall in dem Treibstoffspeicher 48 setzt, ist auf der rechten Seite des Graphs in 4 gezeigt.
Ein oder mehrere Treibstoffeinspritzereignisse werden durch die Daten bei der Graphenposition 202 dargestellt. Zwischen jedem Einspritzereignis 202 zeigen die Rohdruckdaten bei den Graphenpositionen 204 den Druckabfall, welcher durch Treibstoffverlust in dem Treibstoffsystem aus dem Treibstoffspeicher 48 verursacht wird. Um die Treibstoffverlustrate zu analysieren kann jede Graphenposition 204 zwischen jedem Einspritzereignis 202 durch einen Kurvenfit 206 dargestellt werden. Da das Unterbrechen der Treibstoffzufuhr zum Treibstoffspeicher 48 auf dem absoluten Treibstoffdruckabfall basiert, das heißt auf ∆P_Limit, ist nur eine begrenzte Anzahl von Treibstoffeinspritzereignissen 202 durch die Daten dargestellt, welche während dem Zeitraum, in welchem der Treibstofffluss zu dem Treibstoffspeicher 48 angehalten ist, erfasst wurden. Der Vorteil der Beschränkung des Druckabfalls in dem Treibstoffspeicher 48 auf ∆P_Limit ist, dass das Befüllen der Verbrennungsräume 40 fortfährt, während Daten erfasst werden, was die Notwendigkeit beseitigt, den Motor 10 in einen Motoren- oder einen Null-Betankungszustand zu versetzen, was bezüglich der Leistung des Motors 10 und der Betreiberwahrnehmung bezüglich des Betriebs des Motors 10 vorteilhaft ist.
Sobald die Druckdaten, welche ähnlich wie die Daten aus 4 sein können, erfasst wurden, werden die Daten analysiert, um die Treibstoffverlustrate aus dem Treibstoffsystem 16 und den Treibstoffinjektoren 38 zu bestimmen. Eines der vielen möglichen Modelle kann durch die Gleichung (1) beschrieben werden. Ṗ = c₀ + c₁√P Gleichung (1)
In Gleichung (1) ist P der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher 48, Ṗ die Treibstoffverlustrate oder Druckverfallrate und c₀ und c₁ sind Koeffizienten, welche angenähert werden müssen. Die Koeffizienten können durch ein rekursives, kleinstes Fehlerquadratverfahren, welches mit einer zusätzlichen Prozessrauschkovarianz modifiziert ist, um es den Koeffizienten zu ermöglichen, neue Treibstoffverlustbedingungen zu lernen, sich daran anzupassen oder daran anzugleichen. Diese können im Falle einer Störung auftreten, wie sie beispielsweise in Gleichung (2) gezeigt ist.
Die Zusammenhänge, wie sie in den Gleichungen (3) bis (10) dargestellt sind, stellen die Definitionen für Gleichung (2) zur Verfügung. j = das “j“-te Update Gleichung (3) y_j = die „j“-te momentane Druckabnahmeratenmessung Gleichung (4)
X_j-1= X_j-1 + W Gleichung (6)
X_j = [1 – (K·H_j)]·X_j-1 Gleichung (8)
In Gleichung (7) ist der Ausdruck „R“ ein variabler Parameter, welcher unter Beachtung eines erwarteten Rauschniveaus von individuellen Verlustratenmessungen kalibriert werden kann. In Gleichung (9) sind die Ausdrücke
und
die Varianzen des weißen Rauschinputs zum Prozessrauschen. Gleichung (10) stellt die anfänglichen Koeffizientenvarianzen dar. Der Ausdruck „X₀“ ist eine 2×2 Matrix, welche die Varianz der geschätzten Koeffizienten angibt. Für den Anfangszeitschritt oder das erste Mal wenn die Matrix benutzt wird, muss die X₀-Matrix ordnungsgemäß initialisiert werden. Die Anfangswerte für und
der
obenstehenden rekursiven Berechnungen können mittels für eine große Anzahl von Messungen bestimmt werden, wobei bereits vorhandene Daten verwendet werden, wobei mit einer beliebig großen Diagonalkovarianzmatrix begonnen wird. Zusätzlich zu den voranstehenden Werten müssen die Koeffizienten c₀ und c₁ für den initialen Zeitschritt initialisiert werden und können auf angenommene Werte für nominale Treibstoffverlustbedingungen eingestellt werden. Nach einem Beispiel kann ein Treibstoffsystem, welches als verlustfreies System ausgebildet ist, initiale oder nominale Werte der Koeffizienten c₀ und c₁ von Null verwenden. Bei anderen Treibstoffsystemen, welche eine Verlustrate haben, die von Null verschieden ist, stellen die nominalen Werte der Koeffizienten c₀ und c₁ die erwartete durchschnittliche Verlustrate eines neuen Motors dar. Es ist jedoch zu verstehen, dass wegen der üblicherweise schnellen Konvergenz dieses Models, die initialen Werte der Koeffizienten c₀ und c₁ relativ unwichtig sind. Unter realen Bedingungen ist es anzunehmen, dass eine breite Variation von Verlustbedingungen zwischen verschiedenen Motortypen, welche zum einen als nominal “verlustfreie“ Motoren und solche, welche mit Verlust ausgebildet sind, vorliegen. Das voranstehend beschriebene Modell ist in der Lage, sich schnell an verschiedene Verlustbedingungen anzupassen. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Koeffizienten c₀ und c₁ in einem nicht-flüchtigen Speicher des Kontrollsystems 18 abgespeichert, so dass bei jedem Start des Motors das Modell mit den jüngsten Koeffizientwerten des vorherigen Zykluses initialisiert wird. Obwohl dieses Modell derzeit die Temperatur als Konstante behandelt, könnte die Temperatur als weitere Größe in das Verlustratenmodell einbezogen werden. Die Kovarianz des Prozessrauschens, Gleichung (9), kann, wie gezeigt, mit einem Diagonalelement eingestellt werden, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Leistung oder Konvergenzrate und Störgeräuschunterdrückung zu ergeben. Der Einstellprozess besteht darin, dem Parameter R in Gleichung (7), den
und
Rauschintensitätsparametern in Gleichung (9), den initialen
und
Parameterwerten in Gleichung (10) den Koeffizienzparametern c₀ und c₁ Werte zuzuordnen. Der Wert von R ist eine Darstellung der erwarteten Varianz zwischen einzelnen Leckverlustmessungen. Die Werte von
und
stellen die maximale erwartete Änderung der Leckverlustbedingung pro Zeiteinheit und die Koeffizienten c₀ und c₁ die erwartete Varianz oder Unsicherheit bezüglich der Leckverlustbedingung in einem üblichen neuen Motor dar. Die Werte für die Parameter R,

und
können kalibriert werden, sobald genügend Daten über die Leckverlustmessungsfähigkeit und die Schwankung der Leckverlustbedingungen zwischen verschiedenen Motoren über Zeit erhalten wurde. Nach einem Beispiel können die Parameter durch Versuch und Irrtum kalibriert werden, um ein gewünschtes Konvergenzverhalten zu erreichen. Während des Betriebs des Motors 10 werden angenommene Koeffizienten mittels der voranstehenden Gleichungen nach jedem Pumpenabschaltungsereignis aktualisiert. Restbetragfehler können überwacht werden, um die Konvergenz zu bestimmen, wonach die angenommenen Koeffizienten verwendet werden können, um die Treibstoffverlustbedingungen des Motors 10 zu bestimmen.
Die Treibstoffverlustbedingung kann dann diagnostisch verwendet werden um die Leistung eines faktischen Treibstoffsensor-Algorithmuses zu verbessern. Ist die festgelegte Treibstoffverlustrate beispielsweise 10 mg/sec, und die Gleichungen (1) bis (10) zeigen an, dass die Treibstoffverlustrate > 10 mg/sec ist, dann wird ein „Motorprüfung“-Licht oder -Anzeiger dem Betreiber des Motors 10 zur Verfügung gestellt. Wenn, nach einem weiteren Beispiel, die Treibstoffverlustrate eine vorgegebene Treibstoffverlustrate um einen größeren Betrag überschreitet, wie beispielsweise 12 mg/sec, dann wird dem Betreiber des Motors 10 ein „Motor bald stoppen“-Licht oder eine andere -Anzeige zur Verfügung gestellt, welche anzeigt, dass der Treibstoffleckverlust derart ist, dass der Motor 10 in die Gefahr eines katastrophalen Versagens gerät. Obwohl die zur Verfügung gestellten Beispiele absolute Treibstoffverlustraten beschreiben, können die Raten auch als Prozent oder Verhältnis festgesetzt werden. Beispielsweise kann eine initiale Treibstoffverlustrate am Beginn eines Motorlebens 10 gemessen werden und die vorgegebene Treibstoffverlustrate, welche einen Betreiberalarm auslösen würde, könnte ein prozentualer Anstieg der Treibstoffverlustrate, ausgehend von der anfänglich bestimmten Treibstoffverlustrate, wie beispielsweise ein 20%iger Zuwachs des Treibstoffverlustes, sein. In ähnlicher Weise könnte ein höherer Anstieg der Treibstoffverlustrate, welcher für ein katastrophales Versagen des Motors 10 bezeichnend ist, einen Anstieg um 30% sein, der einen Alarm auslösen könnte, der für den Betreiber das immanente Motorenversagen anzeigt.
Während die Gleichungen (1) bis (10) ein mathematisches Modell der Treibstoffverlustrate beschreibt, können andere Verfahren zum Erstellen eines Modells der Treibstoffverlustrate ähnliche Ergebnisse zur Verfügung stellen, obwohl die anderen Modelle zusätzlichen nicht-flüchtigen maschinen-lesbaren Speicher oder zusätzliche nicht-flüchtigen maschinen-lesbaren Medien und mehr Daten benötigen könnte. Da Treibstoffverlustraten von Druck und Temperatur abhängen, können Tabellen verwendet werden, um Treibstoffverlustdaten während einer Mehrzahl von Betriebsbedingungen zu speichern, und diese Tabellen können dann als Grundlinie für zukünftige Vergleiche verwendet werden. Die Tabellen, die verwendet werden, um Treibstoffverlustdaten zu speichern, können adaptive Tabellen sein, die nach Methoden mit Treibstoffverlustmessungen aktualisiert werden, die ähnlich zu jenen sind, die voranstehend für die Gleichungen (1) bis (10) beschrieben wurden. Da individuelle Treibstoffverlustratenmessungen rauschbehaftet sind, erfordern diese Messungen üblicherweise eine Art von Filterung, um das Rauschen zu entfernen, wie beispielsweise durch Mittel oder andere Rauschreduzierungstechniken. Obwohl es Veränderungen in der Treibstoffverlustrate mit Temperatur und Druck gibt, kann weiterhin eine initiale Datensammlung verwendet werden, um eine maximale Treibstoffverlustrate bei allen Druckbedingungen festzulegen. Ist die initiale Treibstoffverlustrate beispielsweise auf 5 mg/sec ermittelt, kann das Kontrollsystem 18 die initiale Treibstoffverlustrate verwenden, um festgelegte maximal erlaubbare Verlustraten einzurichten. Durch die Verwendung von Daten, welche beispielsweise von einer Mehrzahl von Motoren gesammelt wurden, kann das Kontrollsystem 18 vorprogrammiert werden, um ein initiales Betreiberbenachrichtigungsniveau einzurichten, welches bei dem Dreifachen der initialen Treibstoffverlustrate von 5 mg/sec oder 15 mg/sec oder 300% der initialen Treibstoffverlustrate liegt. Sowie die tabellarischen Modelldaten mit der Zeit verbessert werden, kann die maximale Treibstoffverlustrate zu einer optimalen voreingestellten Treibstoffverlustrate nach unten verfeinert werden, beispielsweise 200% der initialen Treibstoffverlustrate oder 10 mg/sec, indem das bereitgestellte initiale Treibstoffverlustratenbeispiel verwendet wird.
Das Modell, welches voranstehend beschrieben wurde, ist eines von einer Mehrzahl von Modellen, welche verwendet werden können, um das Treibstoffverlustverhalten beschreiben und andere mathematische Modelle, welche die Vorteile der voranstehend beschriebenen Berechnung können verwendet werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben wurden, ist es zu verstehen, dass die Ausführungsformen nicht darauf begrenzt sind. Ausführungsformen können verändert, modifiziert und durch den Fachmann weiter angewendet werden. Daher sind die Ausführungsformen nicht zu den voranstehend gezeigten und beschriebenen Details begrenzt, sondern umfassen auch alle Abwandlungen und Modifikationen.

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen einer Treibstoffverlustrate in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors, welcher eine Mehrzahl von Verbrennungsräumen hat, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Treibstoffspeicher, welcher zum Aufnehmen eines Treibstoffflusses angeordnet ist, einen Sensor, welcher ausgebildet ist, einen Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher zu erkennen und ein Drucksignal, welches für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher bezeichnend ist, zu senden, eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren, wobei jeder Treibstoffinjektor betreibbar ist, eine Menge an Treibstoff von dem Treibstoffspeicher zu einer der Mehrzahl von Verbrennungsräumen abzugeben, und ein Kontrollsystem, welches ausgebildet ist, das Drucksignal zu empfangen, ein Kontrollsignal zum Unterbrechen des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher zu übermitteln, die Treibstoffverlustrate in dem Treibstoffsystem zu bestimmen, eine Abnahme des Treibstoffdrucks um eine vorgegebene Größe, basierend auf dem Drucksignal, zu bestimmen und basierend auf der vorgegebenen Größe der Abnahme des Treibstoffdrucks ein Kontrollsignal zu senden, um den Treibstofffluss zu dem Treibstoffspeicher wieder zu beginnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Treibstoffverlustrate mittels einer mathematischen Gleichung bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Treibstoffverlustrate c₀ + c₁√P entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei c₀ und c₁ Koeffizienten sind, welche mittels eines rekursiven, kleinstes Fehlerquadratverfahrens, das mit einer addivites-Prozessrauschen-Kovarianz modifiziert ist, abgeschätzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Treibstoffverlustrate bei einer Mehrzahl von Temperatur- und Treibstoffzuständen bestimmt und in tabellarischer Form abgespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Treibstoffverlustrate bei einer Mehrzahl von Temperatur- und Druckbedingungen bestimmtund durch eine topographische Karte dargestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Zustandssignal dem Betreiber anzeigbar ist, wenn die Treibstoffverlustrate ein vorgegebenes Treibstoffverlustratenlimit übersteigt.
Verfahren zur Bestimmung einer Treibstoffverlustgröße in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren aufweist: Zurverfügungstellen eines Treibstoffflusses zu einem Treibstoffspeicher, Unterbrechen des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher, zum Definieren des Beginns eines Terminationsereignisses, Bestimmen eines Treibstoffdrucks in dem Treibstoffspeicher während des Terminationsereignisses, Bestimmen einer Abnahme des Treibstoffdrucks um eine vorgegebene Größe, basierend auf dem Drucksignal, Wiederbeginnen des Treibstoffflusses in den Treibstoffspeicher, wenn der Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher um einen vorgegebenen Betrag abnimmt, was ein Ende des Terminationsereignisses definiert, und Bestimmen einer Treibstoffverlustrate von dem Treibstoffsystem basierend auf dem Treibstoffdruck.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Treibstoffverlustrate mittels einer mathematischen Gleichung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Treibstoffverlustrate c₀ + c₁√P entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei c₀ und c₁ Koeffizienten sind, welche mittels eines rekursiven, kleinstes Fehlerquadratverfahrens, das mit einer additives-Prozessrauschen-Kovarianz modifiziert ist, abgeschätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Treibstoffverlustrate unter einer Mehrzahl von Temperatur- und Druckbedingungen bestimmt und in tabellarischer Form gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Treibstoffverlustrate unter einer Mehrzahl von Temperatur- und Druckbedingungen bestimmt und mittels einer topographischen Karte dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Zustandssignal einem Betreiber dargestellt wird, wenn die Treibstoffverlustrate ein vorgegebenes Treibstoffverlustratenlimit übersteigt.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Treibstoffverlustrate in einem Treibstoffsystem eines Verbrennungsmotors, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Treibstoffspeicher, welcher angeordnet ist, einen Treibstofffluss aufzunehmen, einen Sensor, welcher ausgebildet ist, einen Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher zu ermitteln und ein Drucksignal, welches bezeichnend für den Treibstoffdruck in dem Treibstoffspeicher ist, zu senden, eine Mehrzahl von Treibstoffinjektoren, wobei jeder Treibstoffinjektor betreibbar ist, eine Menge an Treibstoff vom Treibstoffspeicher an einen Verbrennungsraum abzugeben, und ein Kontrollsystem, welches ausgebildet ist, das Drucksignal zu empfangen, ein Kontrollsignal zum Unterbrechen des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher zu übermitteln, die Treibstoffverlustrate in dem Treibstoffsystem zu bestimmen und ein Kontrollsignal zum Wiederstarten des Treibstoffflusses zu dem Treibstoffspeicher zu senden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Treibstoffverlustrate unter Verwendung einer mathematischen Gleichung bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Treibstoffverlustrate c₀ + c₁√P entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei c₀ und c₁ Koeffizienten sind, welche mittels eines rekursiven, kleinstes Fehlerquadratverfahrens, welches mit einer additives-Prozessrauschen-Kovarianz modifiziert ist, abgeschätzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Treibstoffverlustrate unter einer Mehrzahl von Temperatur- und Druckbedingungen bestimmt ist und in tabellarischer Form gespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Treibstoffverlustrate unter einer Mehrzahl von Temperatur- und Druckbedingungen bestimmt ist und als topographische Karte dargestellt ist.