EP1577527B1 - Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1577527B1
EP1577527B1 EP05100385A EP05100385A EP1577527B1 EP 1577527 B1 EP1577527 B1 EP 1577527B1 EP 05100385 A EP05100385 A EP 05100385A EP 05100385 A EP05100385 A EP 05100385A EP 1577527 B1 EP1577527 B1 EP 1577527B1
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actuator
deviation
mean value
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    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M65/007—Cleaning
    • F02M65/008—Cleaning of injectors only

Definitions

  • the invention relates to a method for determining defective actuators of an internal combustion engine, in particular actuators of self-igniting internal combustion engines.
  • a diagnosis In a common rail injection system operated with, for example, piezo actuators, a diagnosis must be present which detects faulty piezo actuators. The verification of the piezo capacity has prevailed.
  • Known diagnostics set a fixed upper and lower capacity threshold in the diagnostics routine. If the threshold values or the limit values are exceeded upwards or downwards, then the piezoactuator is recognized as defective by the diagnosis routine.
  • the value of the capacitance of the piezo depends very much on the temperature of the component. Thus, an internal combustion engine operating temperatures of -30 ° C to + 400 ° C reach.
  • the piezo actuators can have a capacity of, for example, 1.5 pF at low temperatures and 6 ⁇ F at higher temperatures.
  • the invention has for its object to introduce a method for determining defective actuators of an internal combustion engine, which reliably detects in particular early occurring aging effects of actuators.
  • the method for determining defective actuators of an internal combustion engine having at least one cylinder forms the mean value, in particular the arithmetic mean, of a measured variable of all actuators of one type present on the cylinders, this measured variable depending on at least one parameter.
  • Each cylinder has at least one actuator.
  • a cylinder may have a plurality of injectors operated with piezo and / or with magnetic actuators, but also inlet and outlet valves operated with magnetic actuators.
  • the method forms a deviation that is independent of the parameter. This ensures that the deviation remains constant over the entire parameter range.
  • the limit values, in particular the upper and lower limit values are formed, which are dependent on the deviation and on the mean value formed above. If an individual value of the measurand exceeds one of the two limit values, the method according to the invention recognizes this actuator as faulty or defective.
  • Such a method according to the invention recognizes a defective actuator earlier and more precisely than a method according to the prior art of the technique.
  • an exchange of an actuator can be preferred, for example at workshop intervals, before the vehicle stops.
  • the method according to the invention can be carried out during vehicle operation when, for example, exhaust gas limit values deteriorate.
  • An advantageous embodiment of the invention is that the deviation of the number of existing actuators of a kind is dependent.
  • a cylinder can have several actuators of different types.
  • a cylinder may have valves operated with magnetic actuators and magnetic actuators for injecting the fuel. These differ in purpose and in nature. Thus the deviation should depend only on an actor of a kind and purpose.
  • a further advantageous embodiment of the invention is to use the time and / or the actuator temperature as a parameter. This then makes it possible to store the mean value of the measured variable over the entire parameter range if the individual values remain within the permitted limit value band. This well-located average is formed and stored at regular intervals. As soon as a single value exceeds the limits, the last stored average is used. This offers the advantage that the stored mean value is independent of a faulty actuator. Nevertheless, the temporal change due to aging phenomena remains considered.
  • a further embodiment of the invention is to define the upper and lower limits narrower than the abovementioned limits with such a stored or stored mean value. This offers the opportunity to detect defective actuators at a very early stage.
  • the inventive method is not limited to piezo actuators, but can also be applied to magnetic actuators.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of the method according to the invention. Both figures show a temperature dependence of the piezocapacities.
  • the piezoelectric capacitance C is used as the measured variable u.
  • the actuator temperature T a is used as parameter p.
  • the curve C 1 represents the temperature dependence of the first piezoelectric actuator.
  • the curve C 2 shows the temperature dependence of the capacitance of the second piezoelectric actuator, etc.
  • the third actuator which is represented by the curve C 3
  • the curve C 3 is defective by the temperature T 1 , because the curve C 3 exceeds the upper limit G + .
  • This dimple 1 is transmitted to the limit value curves G + and G - , which can be seen as dimples 2 and 3 in FIG.
  • the second embodiment which is shown in FIG. 3, shows an average ⁇ ok (u ⁇ ok ) which is independent of the defective piezo actuators.
  • the mean value is formed in the same way as in FIG. This well-found mean value in FIG. 1 is stored as ⁇ ok . If a defective piezo actuator occurs at a later point in time, then a mean value ⁇ ok stored shortly before is used to define new limit values, which are identified by g + and g_. In contrast to the limit values from FIG. 1, these new limit values g + and g_ depend on the stored mean value ⁇ ok and on a new deviation ⁇ . This new deviation ⁇ is smaller than the deviation ⁇ .
  • the curve C 3 of the third piezoelectric actuator exceeds the upper limit curve g + . Due to this exceeding of the limit value of this third piezoelectric actuator is detected as faulty. It should be noted that neither the new limit values g + and g - nor the stored mean value ⁇ ok depends on the faulty third actuator which forms the curve C 3 .

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine, insbesondere Aktoren von selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
  • In einem mit beispielsweise Piezo-Aktoren betriebenen Common-Rail Einspritzsystem muss eine Diagnose vorhanden sein, die fehlerhafte Piezo-Aktoren erkennt. Die Überprüfung der PiezoKapazität hat sich dafür durchgesetzt. Bekannte Diagnosen setzen eine feste obere und untere Kapazitätsschwelle in der Diagnoseroutine fest. Werden die Schwellenwerte bzw. die Grenzwerte nach oben oder nach unten überschritten, so wird der Piezo-Aktor von der Diagnoseroutine als defekt erkannt. Allerdings ist der Wert der Kapazität des Piezos sehr stark von der Temperatur des Bauteils abhängig. So kann eine Brennkraftmaschine Betriebstemperaturen von -30°C bis +400°C erreichen. Die Piezo-Aktoren können bei niedrigen Temperaturen eine Kapazität von beispielsweise 1,5 pF aufweisen und bei höheren Temperaturen 6 µF. Daher ist es nicht ausreichend einen einzigen Grenzwert für die obere bzw. untere Kapazität zu definieren, um unter allen Betriebstemperaturen zuverlässig einen defekten Aktor zu bestimmen. Bekannte Diagnoseroutinen definieren konstante Grenzwerte für jeweils einen bestimmten Temperaturbereich, d. h. der Grenzwert, sei es nun der obere oder der untere, gleicht einer Treppenfunktion.
  • So ist es bei diesem bekannten Verfahren insbesondere nachteilig, daß der Abstand zum oberen und zum unteren Grenzwert trotz der Anpassung groß gewählt werden muss. Defekte Piezo-Aktoren werden damit sehr spät erkannt. Außerdem ist mit einem solchen bekannten Diagnoseverfahren nicht möglich Alterungseffekte von Piezos zuverlässig zu erkennen.
    Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine vorzustellen, das insbesondere frühzeitig auftretende Alterungseffekte von Aktoren zuverlässig erkennt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Erfindungsgemäß bildet das Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder den Mittelwert, insbesondere den arithmetischen Mittelwert, einer Messgröße aller an den Zylindern vorhandenen Aktoren einer Art, wobei diese Messgröße von mindestens einem Parameter abhängt. Jeder Zylinder weist mindestens einen Aktor auf. So kann ein Zylinder mehrere mit Piezo und/oder mit Magnet-Aktoren betriebene Injektoren aufweisen, aber ebenso mit Magnet-Aktoren betriebene Ein- und Auslassventile. In einem nächsten Schritt bildet das Verfahren eine Abweichung, die vom Parameter unabhängig ist. Damit ist gewährleistet, dass über den gesamten Parameterbereich die Abweichung konstant bleibt. In einem nächsten Schritt werden die Grenzwerte, insbesondere die oberen und unteren Grenzwerte, gebildet, die von der Abweichung und vom oben gebildeten Mittelwert abhängig sind. Überschreitet ein Einzelwert der Messgröße einen der beiden Grenzwerte, so erkennt das erfindungsgemäße Verfahren diesen Aktor als fehlerhaft bzw. defekt.
  • Ein solches erfindungsgemäße Verfahren erkennt einen defekten Aktor früher und präziser als ein Verfahren nach dem Stand der Technik. Somit kann ein Austausch eines Aktors vorgezogen werden, beispielsweise bei Werkstattintervallen, bevor das Fahrzeug liegen bleibt. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren während des Fahrzeugbetriebes durchgeführt werden, wenn beispielsweise Abgasgrenzwerte sich verschlechtern.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, dass die Abweichung von der Anzahl der vorhandenen Aktoren einer Art abhängig ist. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann ein Zylinder mehrere Aktoren unterschiedlicher Arten aufweisen. So kann ein Zylinder Ventile, die mit magnetischen Aktoren betrieben werden, und magnetische Aktoren zum Einspritzen des Brennkraftstoffes aufweisen. Diese unterscheiden sich im Zweck und in der Art. So soll die Abweichung nur von einem Aktor einer Art und Zweck abhängig sein.
  • Als weitere vorteilhafte Erfindung ist es die untere Grenze als auch die obere Grenze wie folgt zu definieren:
    • Der Grenzwert ist gleich dem Mittelwert der Messgröße Plus/Minus der Abweichung. Der Mittelwert der Messgröße wird aus der Summe aller Einzelwerte gebildet, anschließend durch die Anzahl der vorhandenen Aktoren einer Art geteilt (arithmetischer Mittelwert). Damit wird über den gesamten Parameterbereich ein gleich breites Band definiert. Alle in diesem Band befindlichen Einzelwerte die von den einzelnen Aktoren erzeugt werden, verletzen die obige Bedingung nicht, sodass die Aktoren vom Verfahren als funktionstüchtig erkannt werden. Ist beispielsweise die Messgröße die Kapazität eines Piezo-Aktors, so werden diese Kapazitäten laufend gemessen und der Mittelwert über die Werte aller Aktoren gebildet. Dieser Mittelwert ändert sich auf Grund der Temperaturabhängigkeit der Kapazität und eignet sich als Sollwert für die aktuelle Kapazität. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Piezotemperatur nicht direkt gemessen wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es als Parameter die Zeit und/oder die Aktortemperatur heranzuziehen. Dies bietet dann die Möglichkeit den Mittelwert der Messgröße über den gesamten Parameterbereich abzuspeichern wenn die Einzelwerte innerhalb des erlaubten Grenzwertbandes bleiben. Dieser für gut befindliche Mittelwert wird in regelmäßigen Zeitabständen gebildet und abgespeichert. Sobald ein Einzelwert die Grenzwerte überschreitet, wird der zuletzt gespeicherte Mittelwert herangezogen. Dies bietet den Vorteil, dass der gespeicherte Mittelwert unabhängig von einem fehlerhaften Aktor ist. Nicht desto trotz bleibt die zeitliche Änderung aufgrund von Alterungserscheinungen berücksichtigt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist es mit einem solchen hinterlegten bzw. abgespeicherten Mittelwert die oberen und unteren Grenzen enger als die oben genannten Grenzen zu definieren. Dies bietet die Möglichkeit, defekte Aktoren in einem sehr frühen Stadium zu erkennen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Piezo-Aktoren beschränkt, sondern kann auch auf Magnet-Aktoren angewandt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    die Temperaturabhängigkeit von den Piezoaktoren mit den erfindungsgemäß gebildeten Grenzwerten und dem erfindungsgemäß gebildeten Mittelwert;
    Figur 2
    die Temperaturabhängigkeiten der Kapazitäten der Piezoaktoren, wobei eine Kurve eines Piezos eine der Grenzen überschreitet;
    Figur 3
    die Temperaturabhängigkeiten der Kapazitäten der Piezoaktoren, wobei der Mittelwert unabhängig vom defekten Aktor ist.
  • Figur 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beide Figuren zeigen eine Temperaturabhängigkeit der Piezokapazitäten. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Messgröße u die Piezokapazität C herangezogen. Als Parameter p wird die Aktortemperatur Ta verwendet. Zur besseren Darstellbarkeit wurden lediglich drei Kurven C1 bis C3 eingezeichnet. Dabei stellt die Kurve C1 die Temperaturabhängigkeit des ersten Piezo-Aktors dar. Die Kurve C2 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Kapazität des zweiten Piezo-Aktors usw.
  • Der arithmetische Mittelwert dieser Kurven C1 bis C3 ist als µ dargestellt. Die Grenzwerte G+ und G- werden dadurch erzeugt, dass die Kurve µ(u̅) um die Abweichung Δ nach oben bzw. nach unten verschoben wird. Dies ist in den Figuren 1 und 2 gestrichelt dargestellt. Alle Kurven C1 bis C3 befinden sich innerhalb dieses durch die Grenzwerte definierten Bandes, wie in Figur 1 zu erkennen ist.
  • In Figur 2 ist im Gegensatz zu Figur 1 der dritte Aktor, der durch die Kurve C3 dargestellt ist, um die Temperatur T1 defekt, da die Kurve C3 die obere Grenze G+ überschreitet. Dies hat zur Folge, dass der von den Einzelwerten C1 bis C3 abhängige Mittelwert µ(u̅) im Bereich um die Temperatur T1 eine nach oben gerichtete Delle 1 aufweist. Diese Delle 1 überträgt sich auf die Grenzwertkurven G+ und G-, die als Delle 2 und 3 in Figur 2 zu erkennen sind.
  • Die zweite Ausführungsform die in Figur 3 wiedergegeben ist zeigt einen Mittelwert µok (u̅ok) der von den defekten Piezoaktoren unabhängig ist. Der Mittelwert wird genauso wie in Figur 1 gebildet. Dieser für gut befundene Mittelwert in Figur 1 wird als µok abgespeichert. Tritt zu einem späteren Zeitpunkt ein defekter Piezo-Aktor auf, so wird ein kurz zuvor abgespeicherter Mittelwert µok herangezogen, um neue Grenzwerte zu definieren, die mit g+ und g_ gekennzeichnet sind. Im Gegensatz zu den Grenzwerten aus Figur 1 hängen diese neuen Grenzwerte g+ und g_ vom gespeicherten Mittelwert µok und von einer neuen Abweichung δ ab. Diese neue Abweichung δ ist kleiner als die Abweichung µ.
  • Wie in Figur 3 zu erkennen ist, überschreitet die Kurve C3 des dritten Piezoaktors die obere Grenzwertkurve g+. Aufgrund dieser Überschreitung des Grenzwertes wird dieser dritte Piezoaktor als fehlerhaft erkannt. Anzumerken ist, dass weder die neuen Grenzwerte g+ und g- noch der abgespeicherte Mittelwert µok von dem fehlerhaften dritten Aktor abhängt, der die Kurve C3 bildet.
  • Denkbar ist, anstatt der Kapazität, die Induktivität eines Magnet-Aktors in Abhängigkeit der Temperatur zu überprüfen, um fehlerhafte Magnet-Aktoren zu detektieren. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ dazu den elektrischen Widerstand des Aktors als Parameter heranzuziehen.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bestimmung von defekten Aktoren einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens einen Aktor aufweist, umfassend folgende Schritte:
    a) Mittelwertbildung (µ) einer Messgröße (u) aller an den Zylindern vorhandenen Aktoren einer Art in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter (p),
    b) Bildung einer Abweichung (µ), die vom Parameter (p) unabhängig ist,
    c) Bildung von unteren (G-) und oberen (G+) Grenzwerten, die von der Abweichung (µ) und vom Mittelwert (µ) abhängig sind,
    d) Einstufen eines Aktors als fehlerhaft, wenn einer der Grenzwerte (G-) oder (G+) durch einen Einzelwert (ui) der Messgröße (u) des Aktors überschritten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung (µ) von der Anzahl der vorhandenen Aktoren einer Art abhängig ist.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Grenzwert (G-) wie folgt gebildet wird: G- = µ(p) - µ ;
    wobei µ der Mittelwert der Messgröße u ist und vom Parameter p abhängt und µ für die Abweichung steht.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Grenzwert (G+) wie folgt gebildet wird: G+ = µ(p) + µ ;
    wobei µ der Mittelwert der Messgröße u ist und vom Parameter p abhängt und µ für die Abweichung steht.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter (p) gleich der Zeit (t) ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter (p) gleich der Aktortemperatur (Ta) ist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung der Messgröße (u) über den gesamten Parameterbereich abgespeichert wird, wenn über den gesamten Parameterbereich keiner der Einzelwerte (ui) der Messgröße (u) die beiden Grenzwerte (G-) und (G+) überschreitet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Speichern des Mittelwerts (µok) der obere Grenzwert G+ wie folgt gebildet wird: G + = μ ok ( p ) + μ ;
    Figure imgb0001
    wobei µok der gespeicherte Mittelwert der Messgröße u ist und vom Parameter p abhängt und µ für die neue Abweichung steht, wobei die neue Abweichung µ kleiner als die Abweichung µ ist.
  9. Verfahren nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Speichern des Mittelwerts (µok) der untere Grenzwert (G-) wie folgt gebildet wird: G - = μ ok ( p ) - μ ;
    Figure imgb0002
    wobei µok der gespeicherte Mittelwert der Messgröße u ist und vom Parameter p abhängt und µ für die neue Abweichung steht, wobei die neue Abweichung µ kleiner als die Abweichung µ ist.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Art eines Aktors ein Piezoelement ist und die Messgröße (u) die Aktorkapazität (C) ist.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Art eines Aktors eine Magnetspule ist und die Messgröße (u) die Aktorinduktivität ist.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße (u) der elektrische Widerstand des Aktors ist.
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