EP2440767A1 - Verfahren zum überwachen des betriebs eines injektors - Google Patents

Verfahren zum überwachen des betriebs eines injektors

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EP2440767A1
EP2440767A1 EP10717112A EP10717112A EP2440767A1 EP 2440767 A1 EP2440767 A1 EP 2440767A1 EP 10717112 A EP10717112 A EP 10717112A EP 10717112 A EP10717112 A EP 10717112A EP 2440767 A1 EP2440767 A1 EP 2440767A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
injector
arrangement
injections
during operation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10717112A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erik Tonner
Kai Barnickel
Stefan Fuchs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2440767A1 publication Critical patent/EP2440767A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • 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
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/11—After-sales modification devices designed to be used to modify an engine afterwards

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the operation of an injector of an internal combustion engine and to an arrangement for monitoring the operation of an injector of an internal combustion engine.
  • external tuning control devices immediately after a main injection of the cooperating with the injector control unit from a further injection.
  • the closing of the nozzle needle of the injector is delayed and thus injected a larger amount of fuel in the cylinder.
  • the invention relates to a method for monitoring the operation of an injector of an internal combustion engine.
  • in-service injections are performed several times in succession.
  • a module connected to the injector cooperates and / or is formed as a component of the injector, generates an electrical signal.
  • a time profile of the signal is amplified, at least in an injection interval between two injections, and the amplified signal is sampled.
  • An injection provided during normal operation of the injector is generated by triggering a piezoactuator which interacts with the injector.
  • the control is provided by a control unit.
  • Amplitude or the level of the signal is limited to a maximum value.
  • the gain typically increases a resolution of the signal.
  • the amplitude of the signal is limited to the maximum value or limit value.
  • the signal has high values in the range of repetitive normal injections. Between two injections, however, the values of the signal are low.
  • the signal is amplified continuously or at least in sections between injections. This results in increased values compared to the originally measured signal for the resulting amplified signal. Increased values which exceed the predetermined maximum value or limit value can be capped in one embodiment of the method and can therefore be limited by assigning the limit value to said increased values, for example.
  • the method typically only the low values of the signal between the injections are amplified, so that the signal is resolved higher at least between two injections or actuations. Thus it is u. a. possible to better analyze the course of the signal between the injections or activations.
  • the current course of the signal can be compared with a standardized, normal course of the signal. If regularities or deviations of the course of the measured signal from the normal signal are detected, this is an indication that during operation an error occurs, which is caused for example by an unauthorized intervention in the operation of the injector.
  • the aforementioned irregularity usually indicates a changed or additional injection and / or activation.
  • the signal to be examined is provided by a structure-borne noise of a module of the injector and / or a module which interacts with the injector, for example of the piezoactuator, and as a voltage signal applied to the module.
  • the invention also relates to an arrangement for monitoring or checking the operation of an injector of an internal combustion engine, wherein the injector during operation repeatedly injections are carried out for normal operation and wherein during the operation of at least one module of the injector, an electrical signal is produced.
  • the arrangement is designed to amplify a time profile of the signal in an injection interval between two injections and to sample the amplified signal.
  • the arrangement has u. a. a signal amplifier configured to amplify the signal at least between two injections.
  • the arrangement comprises a protection circuit which is designed to control an amplification of the signal.
  • the protection circuit is designed to limit or limit an amplification of values of the signal to a maximum amplitude.
  • the arrangement comprises a sampling module for sampling the amplified signal.
  • the method is usually for checking an injection process for the
  • the signal is generated by the module, for example by the piezoelectric actuator, in a needle closing the injector and at least partially reinforced and thus higher resolution.
  • the course of the signal is compared with an expected course.
  • detection of a deviation of a signal caused by an irregularity is possible. amplitudes that of the regular signals in the area of an injection are high, deviations of the signal are low in comparison and occur between the regular injections.
  • Component of the assembly may include the signal amplifier with an input voltage divider.
  • the resolution of the voltage can be changed. If the higher resolution is selected during a regular injection, it is possible that too high a voltage on the pins of an ASIC, i. H. an application-specific integrated circuit, so that it can be destroyed. Therefore, the high resolution may only be used during the injection or actuation pauses, ie between the injections or actuations. For this reason, a protection circuit operated by a microcontroller ( ⁇ C) used to limit the values of the amplified signal is used.
  • ⁇ C microcontroller
  • the protection circuit has a comparator for implementing a protective function.
  • the comparator controlled typically by the microcontroller, when a voltage greater than a limit of z. B. 3 V, to a lower gain and lower resolution and thus protects the ASIC from damage or destruction.
  • the microcontroller can detect the additional activation via the level of the comparator of the protection circuit.
  • the microcontroller serves as a scanning module, with which the signal is sampled via the comparator.
  • the needle closing of the injector is detected to examine the signal.
  • a structure-borne noise signal occurs due to the impulse which the nozzle needle transmits to the body of the injector, resulting in a characteristic, high-frequency oscillation in the voltage signal of the injector and / or of the piezoactuator cooperating with the injector shows.
  • it is provided to amplify the actuator voltage between the regular injection formed as a main injection and the subsequent regular injection for the measurement.
  • a signal of a voltage applied to the injector or the piezoelectric actuator voltage measured and the needle closing can be detected from a course of the signal. If the operation of the injector should be faulty or tampered with, this can be detected by means of an altered and / or delayed closing of the needle in the signal.
  • the piezoelectric actuator is driven during operation, the course of the signal in carrying out the process in a range after a successful, regular control of the piezoelectric actuator, after the voltage has dropped to a value of approximately 0 volts, is examined.
  • the signal is amplified within the scope of the invention after the activation and thus the injection and thereby resolved higher. A possible irregularity can be detected by this measure.
  • a structure-borne noise which is caused by the closing valve needle and acts on the injector and / or the piezoelectric actuator, is detected over the course of the signal.
  • the valve needle which is arranged in a nozzle of the injector, is actuated by the piezoactuator via at least one valve element.
  • band pass filtering with corner frequencies can be applied to the signal.
  • certain frequencies of the signal can be filtered. It is also possible to square and sum up the signal.
  • a time of the needle closing can be determined. If this time is If it deviates from the usual time or point of time, this is an indication of the existence of an irregularity which may be caused by an operational error or an external manipulation.
  • FADC Digital converter
  • the needle closing done after the injection is postponed backwards, i. H. if there is an irregular needle-closing signal, then it is usually very delayed.
  • This deviation from expected needle closure is also an indication that a tuning controller is driving the injection system, the u. a. the injector, the piezoelectric actuator and a control unit for controlling the injection, manipulated.
  • the invention can detect the activity of an external tuning control device on the injector.
  • a tuning control device is typically installed in the wiring harness of the original control unit and leads by additional activations of the injectors to an increase in performance.
  • the use of the tuning control unit can lead to accelerated wear and failure of the engine as a result of the increase in output and the associated additional load on the engine. Associated unauthorized warranty claims against the original manufacturer could be prevented by the recognition of the described tuning concept.
  • the invention can be used for so-called.
  • Common rail piezo control devices which are designed to control the piezoelectric actuator.
  • the arrangement described is designed to carry out all the steps of the presented method.
  • individual steps of this method can also be carried out by individual components of the arrangement.
  • functions of the arrangement or functions of individual Components of the arrangement can be implemented as steps of the method.
  • steps of the method may be realized as functions of individual components of the device or the entire device.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a sequence of a process
  • Figure 2 shows a schematic representation of a device known from the prior art for analyzing a signal which is generated during operation of the injector.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of an arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of diagrams of a course of a
  • FIG. 5 shows a schematic representation of diagrams for evaluating the signal.
  • the diagram of Figure 1 shows a time arrow 2 and a regular, conventional drive signal 4 for controlling an injector of an internal combustion engine and an additional, manipulated drive signal 6.
  • the injector is provided that it regularly performs injections, so that through the injector Air-fuel mixture is injected into a cylinder of the internal combustion engine.
  • the injector usually a piezoelectric actuator as a component of the injector, is to be triggered by the regular activation signal 4.
  • the control signal 4 provided by a control unit causes a change in size of the piezoelectric actuator, by which a valve needle of the injector is moved and thus the injector is opened.
  • the regular drive signal 4 has a regular drive pulse 8.
  • a plurality of periodically repeating regular drive pulses 8 are provided per second.
  • the regular course of the operation of the injector can be changed by providing the additional drive signal 6.
  • this additional drive signal 6 can be provided by a tuning control device that influences the function of the injector.
  • the additional drive signal 6 is provided in such a way that an additional drive pulse 10 follows directly in time to the regular drive pulse 8. This results in that the injector remains open longer, thus delaying needle closing of the injector.
  • a signal is generated by the regular drive signal 4 during operation of the injector in at least one component of the injector, for example the piezoelectric actuator.
  • This signal has a typical course or desired course. If the operation of the injector should be disturbed, which may be caused for example by the additional drive signal 6, the regular, typical course of the signal is changed, which manifests itself in irregularities of the measured signal. Such irregularities to Proof of a possibly existing tuning concept can be determined within the scope of the invention.
  • the device 12 known from the prior art shown in FIG. 2 shows a piezoactuator 14, which is designed to actuate a valve needle of an injector.
  • the piezoelectric actuator 14 is driven by a drive signal 4, 6, as shown, for example, in FIG.
  • a drive signal 4, 6, as shown, for example, in FIG.
  • a structure-borne sound is generated by this, which acts on the piezoelectric actuator 14 and in a course of voltage applied to the piezoelectric actuator 14 actuator voltage 16 Le ktor noticeable.
  • the device 12 comprises a voltage divider 18, which comprises a first resistor 20 Ri and a measuring resistor 22 R 2 , which are connected in series. At this measuring resistor 22 is a measurement voltage 24 U MesS , which is analyzed to investigate the operation of the injector. Furthermore, the device 12 comprises a third resistor 26 R 3 , which is connected in parallel to the measuring resistor 22 R 2 .
  • An ASIC 28 of the device 12 comprises a first comparator 30 which is connected to the input voltage divider 18 via a first drive pin 32 of the ASIC 28. In addition, the comparator 30 is connected to a fast analog-to-digital converter 34 (FACD). At a second input pin 36 of the ASIC 28, the third resistor 26 R 3 is connected. Within the ASICS 28, the second input pin 36 is connected via a switch 38 to an electronic component 40, which is further connected to a microcontroller 42 ( ⁇ C) outside of the
  • ASICs 28 is connected.
  • FIG. 3 The embodiment of an arrangement 44 according to the invention shown schematically in FIG. 3 has all the components such as the device 12 presented with reference to FIG.
  • the measuring voltage 24 UM ⁇ SS is provided via the voltage divider 18 as a measuring signal.
  • the measuring voltage 24 U measurement is provided between the two input pins 32, 36. So that this during a Analysis does not damage the ASIC 28 is provided in the embodiment of the method according to the invention shown here, at least temporarily limit a maximum amplitude of the measured signal, ie the measured voltage 24 U measurement .
  • This limitation is provided by a protection circuit 48 provided within the scope of the invention within the ASIC 28 which has a protective circuit 48
  • Comparator 50 includes realized. In the described embodiment of the arrangement 44, this protective comparator 50 of the protection circuit 48 is connected to an additional microcontroller 42.
  • a gain of the measuring voltage 24 UM ⁇ SS is caused by the first resistor
  • Circuit has half the value of the first resistor 20 Ri. This is due to the measuring pin 32, a third of the actuator voltage 16 Le ktor on. With open switch 38, the third resistor 26 R 3 has no influence and the circuit consists only of the series connection of the first resistor 20 Ri and the measuring resistor 22 R 2 . Then half of the actuator voltage 16 U actuator falls on the
  • Measuring resistor 22 R 2 and thus abuts against the measuring pin 32.
  • different amplifications of the measuring voltage 24 UMess are possible.
  • the protective comparator 50 compares a maximum value of the measurement signal with a threshold, reduces the gain of the measurement signal, and thus provides a lower resolution of the measurement signal, if a voltage is applied to the input pins 32, 36 of the ASICS 28, the limit or exceeds a threshold voltage of, for example, 3V.
  • the protective comparator 50 and the additional microcontroller 42 form components of a scanning module 52 with which the measuring signal is sampled. In this case, with the additional microcontroller 42 via a level of the protective comparator 50 an irregularity of the measurement signal and thus a optionally present additional control of the injector can be detected.
  • a possible course of a signal 54 present at the piezoactuator 14 is shown in the diagrams 58, 60 from FIG. Both graphs 58, 60 include a horizontally oriented time axis 62 along which time is plotted in milliseconds. Above the time axis 62 is shown a vertically oriented axis 64 for a voltage of the signal 54 in the unit volt.
  • the first diagram 58 shows a complete profile of the signal 54.
  • This signal 54 comprises a drive pulse 66 which has a high amplitude in a range of about -0.75 ms to about 0 ms. After the decay of the drive pulse 66 at the time 0 ms, the course of the signal 54 largely has the value 0.
  • the second diagram 60 shows an enlargement of the signal 54 to provide a higher resolution. Possibly present irregularities of the signal 54 occur as a delay of the needle closing of the actuator after the time of 0 ms.
  • FIG. 5 comprises three diagrams 70, 72, 74 each having a horizontally oriented time axis 76 along which the time is plotted in ms.
  • a vertically oriented axis 78 is shown above the time axis 76 for a
  • This signal 80 also includes a drive pulse 79 which extends to a time of about 0.2 seconds. From 0.2 seconds, a value of the course of the signal 80 has dropped to substantially 0 volts.
  • a vertically oriented axis 82 is plotted over the time axis 76 for a voltage in the unit volt.
  • a signal 84 of a voltage applied to the input of the FADC 34 is plotted. In this case, this signal 84 is amplified in the range of about 0.7 to about 1, 6 ms.
  • EMI is plotted along a vertical axis 88 of the third plot 74 over the time axis 76.
  • EMI is the abbreviation for Injector Amount Indicator, which measures the injected amount very accurately and provides a history of a rate of an injected amount of the fuel. It can be seen from Figure 5 that the signal for needle closing occurs at a similar time as the EMI signal 86 drops to zero.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors, wobei für den Injektor während des Betriebs mehrmals nacheinander Einspritzungen durchgeführt werden, wobei während des Betriebs von einem Piezoaktor, der mit dem Injektor zusammenwirkt, ein elektrisches Signal erzeugt wird, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein zeitlicher Verlauf des Signals in einer Einspritzpause zwischen zwei Einspritzungen verstärkt und das verstärkte Signal abgetastet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung (44) zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Injektors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors.
Stand der Technik
Bei Steuergeräten für einen Injektor bzw. ein Einspritzventil, der bzw. das mit einem Common-Rail-Piezo-Aktor zusammenwirkt, sind keine aktiven Maßnahmen gegen das Tuning und somit das Verändern eines Betriebsablaufs durch externe Tuningsteuergeräte bekannt. Bisherige Mechanismen zum Schutz vor Tuning sind hauptsächlich gegen das sogenannte Chiptuning, z. B. den Schutz gegen ein Öffnen eines Steuergeräts und/oder einen Zugriffsschutz auf der Software- Ebene des Steuergeräts, gerichtet.
In einer Variante setzen externe Tuningsteuergeräte unmittelbar nach einer Haupteinspritzung des mit dem Injektor zusammenwirkenden Steuergeräts eine weitere Einspritzung ab. Dadurch wird das Schließen der Düsennadel des Injektors verzögert und somit eine größere Menge Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors. Während des Betriebs des Injektors werden mehrmals nacheinander normale, betriebsbegleitende Einspritzungen durchgeführt. Außerdem wird während des Betriebs eines Moduls, das mit dem Injektor zu- sammenwirkt und/oder als Komponente des Injektors ausgebildet ist, ein elektrisches Signal erzeugt. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf des Signals zumindest in einer Einspritzpause zwischen zwei Einspritzungen verstärkt und das verstärkte Signal abgetastet.
Eine beim normalen Betrieb des Injektors vorgesehene Einspritzung wird durch eine Ansteuerung eines Piezoaktors, der mit dem Injektor zusammenwirkt, erzeugt. Dabei wird die Ansteuerung durch ein Steuergerät bereitgestellt.
In Ausgestaltung der Erfindung wird zum Verstärken des Signals eine maximale
Amplitude oder der Pegel des Signals auf einen maximalen Wert begrenzt. Durch die Verstärkung wird typischerweise eine Auflösung des Signals erhöht. Um ein Abtastmodul oder Auswertemodul für das Signal vor zu hohen Werten des verstärkten Signals zu schützen, wird bei einer möglichen Ausführungsform der Er- findung die Amplitude des Signals auf den maximalen Wert bzw. Grenzwert begrenzt.
Üblicherweise weist das Signal im Bereich der sich wiederholenden normalen Einspritzungen hohe Werte auf. Zwischen zwei Einspritzungen sind die Werte des Signals jedoch niedrig. Zur Ausführung des Verfahrens wird das Signal durchgängig oder zumindest abschnittsweise zwischen Einspritzungen verstärkt. Dabei ergeben sich im Vergleich zu dem ursprünglich gemessenen Signal für das resultierende verstärkte Signal erhöhte Werte. Erhöhte Werte, die den vorgegebenen maximalen Wert bzw. Grenzwert überschreiten, können bei einer Ausführung des Verfahrens gekappt und demnach begrenzt werden, indem diesen genannten erhöhten Werte bspw. der Grenzwert zugeordnet wird. Mit dem Verfahren werden typischerweise nur die niedrigen Werte des Signals zwischen den Einspritzungen verstärkt, so dass das Signal zumindest zwischen zwei Einspritzungen bzw. Ansteuerungen höher aufgelöst wird. Somit ist es u. a. möglich, den Verlauf des Signals zwischen den Einspritzungen bzw. Ansteuerungen besser zu analysieren.
Es kann vorgesehen sein, den Verlauf des Signals auf das Vorliegen einer Unregelmäßigkeit zu überprüfen. Hierzu kann der aktuelle Verlauf des Signals mit ei- nem standardisierten, normalen Verlauf des Signals verglichen werden. Falls Un- regelmäßigkeiten oder Abweichungen des Verlaufs des gemessenen Signals von dem normalen Signal erkannt werden, ist dies ein Indiz dafür, dass beim Betrieb ein Fehler auftritt, der bspw. durch einen unerlaubten Eingriff in den Betriebsablauf des Injektors verursacht wird. Die genannte Unregelmäßigkeit deutet übli- cherweise auf eine veränderte oder zusätzliche Einspritzung und/oder Ansteuerung hin.
In der Regel wird das zu untersuchende Signal durch einen Körperschall eines Moduls des Injektors und/oder eines Moduls, das mit dem Injektor zusammen- wirkt, bspw. des Piezoaktors erzeugt, und als Spannungssignal, das am Modul anliegt, bereitgestellt.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Überwachen oder Überprüfen des Betriebs eines Injektors bzw. Einspritzventils eines Verbrennungsmotors, wobei für den Injektor während des Betriebs mehrmals nacheinander Einspritzungen für einen normalen Betrieb durchgeführt werden und wobei während des Betriebs von mindestens einem Modul des Injektors ein elektrisches Signal erzeugt wird. Die Anordnung ist dazu ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf des Signals in einer Einspritzpause zwischen zwei Einspritzungen zu verstärken und das verstärkte Signal abzutasten.
Die Anordnung weist u. a. einen Signalverstärker auf, der dazu ausgebildet ist, das Signal zumindest zwischen zwei Einspritzungen zu verstärken. Außerdem umfasst die Anordnung eine Schutzschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Ver- Stärkung des Signals zu kontrollieren. Dabei ist die Schutzschaltung dazu ausgebildet, eine Verstärkung von Werten des Signals auf eine maximale Amplitude zu begrenzen bzw. zu beschränken. Zur Analyse des verstärkten Signals weist die Anordnung ein Abtastmodul zum Abtasten des verstärkten Signals auf.
Das Verfahren ist üblicherweise zum Überprüfen eines Einspritzvorgangs für den
Injektor geeignet. Das Signal wird durch das Modul, bspw. durch den Piezoaktor, bei einem Nadelschließen des Injektors erzeugt und zumindest abschnittsweise verstärkt und somit höher aufgelöst. Der Verlauf des Signals wird mit einem erwarteten Verlauf verglichen. Mit der Erfindung ist ein Nachweis einer Abweichung eines Signals, die durch eine Unregelmäßigkeit verursacht ist, möglich. Amplitu- den der regulären Signale im Bereich einer Einspritzung sind hoch, Abweichungen des Signals sind im Vergleich dazu niedrig und treten zwischen den regulären Einspritzungen auf.
Eine Schaltung zur Verstärkung des als Spannung vorliegenden Signals als
Komponente der Anordnung kann den Signalverstärker mit einem Eingangsspannungsteiler umfassen. Durch Ändern der Widerstandsverhältnisse am Eingangsspannungsteiler kann die Auflösung der Spannung verändert werden. Wenn die höhere Auflösung während einer regulären Einspritzung bzw. Ansteue- rung gewählt wird, ist es möglich, dass eine zu hohe Spannung an den Pins eines ASIC, d. h. einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, anliegt, so dass diese dadurch zerstört werden kann. Darum darf die hohe Auflösung nur während der Einspritz- oder Ansteuerpausen, also zwischen den Einspritzungen oder Ansteuerungen, benutzt werden. Aus diesem Grund wird eine von einem Microcontroller (μC) betätigte Schutzschaltung, die zur Begrenzung der Werte des verstärkten Signals ausgebildet ist, benutzt.
Um das Anliegen einer zu hohen Spannung, z. B. im Fehlerfall oder einer Tuningansteuerung, zu verhindern, weist die Schutzschaltung einen Komparator zur Umsetzung einer Schutzfunktion auf. In einer Ausführungsform schaltet der typischerweise vom Microcontroller gesteuerte Komparator, wenn an einem Eingangspin des ASIC eine Spannung größer eines Grenzwerts von z. B. 3 V anliegt, auf eine geringere Verstärkung und niedrigere Auflösung und schützt somit den ASIC vor einer Schädigung oder Zerstörung.
Zur Auswertung des gemessenen Signals kann der Microcontroller über den Pegel des Komparators der Schutzschaltung die zusätzliche Ansteuerung erkennen. In dieser Ausführungsform dient der Microcontroller als Abtastmodul, mit dem das Signal über den Komparator abgetastet wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Untersuchung des Signals das Nadelschließen des Injektors detektiert. Dabei tritt durch den Impuls, den die Düsennadel auf den Körper des Injektors überträgt, ein Körperschallsignal auf, das sich in einer charakteristischen, hochfrequenten Schwingung im Spannungssig- nal des Injektors und/oder des mit dem Injektor zusammenwirkenden Piezoaktors zeigt. Zum genaueren Nachweis ist vorgesehen, die Aktorspannung zwischen der als Haupteinspritzung ausgebildeten, regulären Einspritzung und der darauf folgenden regulären Einspritzung für die Messung zu verstärken.
In einer Variante kann zur Bestimmung eines Nadelschließens einer Ventilnadel des Injektors, die von einem Piezoaktor angesteuert wird, ein Signal einer an dem Injektor oder dem Piezoaktor anliegenden Spannung gemessen und das Nadelschließen aus einem Verlauf des Signals nachgewiesen werden. Falls der Betrieb des Injektors fehlerhaft oder manipuliert sein sollte, kann dies anhand ei- nes veränderten und/oder verzögerten Nadelschließens im Signal erkannt werden.
Bei der beschriebenen Variante kann untersucht werden, ob der Verlauf des Signals ein charakteristisches Merkmal bzw. eine Unregelmäßigkeit, das bzw. die auf das veränderte Nadelschließen hinweist, aufweist. Der Piezoaktor wird während des Betriebs angesteuert, wobei der Verlauf des Signals bei Durchführung des Verfahrens in einem Bereich nach einer erfolgten, regulären Ansteuerung des Piezoaktors, nachdem die Spannung auf einen Wert von annähernd 0 Volt abgesunken ist, untersucht wird. Zur genaueren Analyse des Signals und somit des Nadelschließens wird das Signal im Rahmen der Erfindung nach der Ansteuerung und somit der Einspritzung verstärkt und dadurch höher aufgelöst. Eine ggf. vorliegende Unregelmäßigkeit kann durch diese Maßnahme erkannt werden.
Weiterhin wird über den Verlauf des Signals ein Körperschall, der durch die sich schließende Ventilnadel verursacht wird und auf den Injektor und/oder den Piezoaktor auswirkt, nachgewiesen. Bei Betrieb des Injektors wird die Ventilnadel, die in einer Düse des Injektors angeordnet ist, von dem Piezoaktor über mindestens ein Ventilelement angesteuert.
Zur Untersuchung des Signals kann dieses aufbereitet werden. Weiterhin kann auf das Signal eine Bandpassfilterung mit Eckfrequenzen angewandt werden. Außerdem können bestimmte Frequenzen des Signals gefiltert werden. Es ist auch möglich, das Signal zu quadrieren und aufzusummieren. Somit kann ein Zeitpunkt des Nadelschließens bestimmt werden. Falls dieser Zeitpunkt von ei- nem üblichen Zeitpunkt bzw. Sollzeitpunkt abweicht, ist dies ein Hinweis für das Vorliegen einer Unregelmäßigkeit, die durch einen betrieblichen Fehler oder eine externe Manipulation hervorgerufen sein kann.
Um dieses Signal auswerten zu können, kann es mittels des schnellen Analog-
Digital-Umsetzers (FADC) als ein mögliches Abtastmodul abgetastet werden. Da das nachweisende Signal zwischen zwei Einspritzungen nur eine geringe Nutzamplitude aufweist, wird es in einer Ausführungsform des Verfahrens durch eine Schaltung am Eingang des FADC zumindest im Bereich zwischen zwei Einsprit- zungen verstärkt.
Durch Absetzen einer Tuningansteuerung wird das nach der Einspritzung erfolgende Nadelschließen zeitlich nach hinten verschoben, d. h. wenn ein unregelmäßiges Nadelschließsignal vorliegt, dann tritt es in der Regel stark verzögert auf. Diese Abweichung von dem erwarteten Nadelschließen ist ebenfalls ein Zeichen dafür, dass ein Tuningsteuergerät das Einspritzsystem, das u. a. den Injektor, den Piezoaktor und ein Steuergerät zur Steuerung der Einspritzung umfasst, manipuliert.
Mit der Erfindung kann folglich die Aktivität eines externen Tuningsteuergeräts am Injektor nachgewiesen werden. Ein derartiges Tuningsteuergerät wird typischerweise in den Kabelbaum des originalen Steuergeräts eingebaut und führt durch zusätzliche Ansteuerungen der Injektoren zu einer Leistungssteigerung. Durch den Einsatz des Tuningsteuergeräts kann es durch die Leistungssteige- rung und die damit verbundene Mehrbelastung des Motors zu einem beschleunigten Verschleiß und Ausfall des Motors kommen. Damit verbundene unberechtigte Garantieansprüche an den Originalhersteller könnten durch die Erkennung von dem beschriebenen Tuningkonzept verhindert werden. Die Erfindung kann für sog. Common-Rail-Piezo-Steuergeräte, die zur Steuerung des Piezoaktors ausgebildet sind, verwendet werden.
Die beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen einzelner Komponenten der Anordnung oder der gesamten Anordnung realisiert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einem Ablauf eines
Betriebs eines Injektors für einen Verbrennungsmotor.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Analyse eines Signals, das während eines Betriebs des Injektors erzeugt wird.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung Diagramme eines Verlaufs eines
Signals, das während eines Betriebs des Injektors erzeugt wird.
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung Diagramme zur Auswertung des Signals.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
Das Diagramm aus Figur 1 zeigt einen Zeitpfeil 2 sowie ein reguläres, herkömmliches Ansteuersignal 4 zur Ansteuerung eines Injektors eines Verbrennungsmotors und ein zusätzliches, manipuliertes Ansteuersignal 6. Während des Betriebs des Injektors ist vorgesehen, dass dieser regelmäßig Einspritzungen durchführt, so dass durch den Injektor ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einen Zylinder des Ver- brennungsmotors gespritzt wird. Zur Aktivierung einer Einspritzung ist der Injektor, üblicherweise ein Piezoaktor als Komponente des Injektors, durch das reguläre Ansteuersignal 4 anzusteuern. Das von einem Steuergerät bereitgestellte Ansteuersignal 4 bewirkt eine Größenänderung des Piezoaktors, durch den eine Ventilnadel des Injektors bewegt und somit der Injektor geöffnet wird. Im Detail weist das reguläre Ansteuersignal 4 einen regulären Ansteuerimpuls 8 auf. Während des regulären Betriebs des Injektors werden pro Sekunde mehrere sich periodisch wiederholende reguläre Ansteuerimpulse 8 bereitgestellt.
Zur Umsetzung einer Leistungssteigerung des Injektors im Rahmen einer Tu- ningmaßnahme kann der reguläre Ablauf des Betriebs des Injektors durch Vorsehen des zusätzlichen Ansteuersignals 6 verändert werden. Dabei kann dieses zusätzliche Ansteuersignal 6 durch ein Tuningsteuergerät, das die Funktion des Injektors beeinflusst, bereitgestellt werden. Hierzu wird das zusätzliche Ansteuersignal 6 derart zur Verfügung gestellt, dass ein zusätzlicher Ansteuerimpuls 10 zeitlich unmittelbar auf den regulären Ansteuerimpuls 8 folgt. Dadurch ergibt sich, dass der Injektor länger geöffnet bleibt und somit ein Nadelschließen des Injektors verzögert wird.
Insgesamt wird durch das reguläre Ansteuersignal 4 während des Betriebs des Injektors in mindestens einer Komponente des Injektors, beispielsweise des Piezoaktors, ein Signal erzeugt. Dieses Signal weist einen typischen Verlauf bzw. Soll-Verlauf auf. Falls der Betrieb des Injektors gestört sein sollte, was beispielsweise durch das zusätzliche Ansteuersignal 6 verursacht sein kann, wird der reguläre, typische Verlauf des Signals verändert, was sich in Unregelmäßigkeiten des gemessenen Signals bemerkbar macht. Derartige Unregelmäßigkeiten zum Nachweis eines möglicherweise vorliegenden Tuningkonzepts können im Rahmen der Erfindung ermittelt werden.
Die in Figur 2 gezeigte, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 12 zeigt einen Piezoaktor 14, der dazu ausgebildet ist, eine Ventilnadel eines Injektors zu betätigen. Hierzu wird der Piezoaktor 14 durch ein Ansteuersignal 4, 6, wie es bspw. in Figur 1 gezeigt ist, angesteuert. Durch die Ansteuerung erfolgt eine Größenänderung des Piezoaktors 14, wodurch die Ventilnadel bewegt wird. Bei einer Bewegung der Ventilnadel wird durch diese ein Körperschall erzeugt, der auf den Piezoaktor 14 rückwirkt und in einem Verlauf einer an dem Piezoaktor 14 anliegenden Aktorspannung 16 Lektor bemerkbar macht.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 12 einen Spannungsteiler 18, der einen ersten Widerstand 20 Ri und einen Messwiderstand 22 R2, die in Reihe geschaltet sind, umfasst. An diesem Messwiderstand 22 liegt eine Messspannung 24 UMesS an, die zur Untersuchung des Betriebs des Injektors analysiert wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 12 einen dritten Widerstand 26 R3, der parallel zu dem Messwiderstand 22 R2 geschaltet ist. Ein ASIC 28 der Vorrichtung 12 umfasst einen ersten Komparator 30, der über einen ersten Ansteuerpin 32 des ASICs 28 mit dem Eingangsspannungsteiler 18 verbunden ist. Außerdem ist der Komparator 30 mit einem schnellen Analog-Digital-Umsetzer 34 (Fast Analog Digital Converter, FACD) verbunden. An einem zweiten Eingangspin 36 des ASICs 28 ist der dritte Widerstand 26 R3 angeschlossen. Innerhalb des ASICS 28 ist der zweite Eingangspin 36 über einen Schalter 38 mit einem elektronischen Bauelement 40 verbunden, das weiterhin mit einem Microcontroller 42 (μC) außerhalb des
ASICs 28 verbunden ist.
Die in Figur 3 schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 44 weist sämtliche Komponenten wie die anhand von Figur 2 vorgestellte Vorrichtung 12 auf.
Aus dem während des Betriebs des Piezoaktors 14 zur Verfügung gestellten Signal der Aktorspannung 16 UAktor wird über den Spannungsteiler 18 als Messsignal die Messspannung 24 UMΘSS bereitgestellt. Somit liegt zwischen den beiden Eingangspins 32, 36 die Messspannung 24 UMess an. Damit diese während einer Analyse den ASIC 28 nicht schädigt, ist bei der hier dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, eine maximale Amplitude des gemessenen Signals, d. h. der Messspannung 24 UMess, zumindest zeitweise zu begrenzen. Diese Begrenzung wird durch eine im Rahmen der Erfindung vor- gesehene Schutzschaltung 48 innerhalb des ASICs 28, die einen schützenden
Komparator 50 umfasst, realisiert. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Anordnung 44 ist dieser schützende Komparator 50 der Schutzschaltung 48 mit einem zusätzlichen Microcontroller 42 verbunden.
Eine Verstärkung der Messspannung 24 UMΘSS wird durch den ersten Widerstand
20 R-i, den Messwiderstand 22 R2 und den dritten Widerstand 26 R3 zusammen mit dem Schalter 38 bewirkt. Falls alle genannten Widerstände 20, 22, 26 gleich groß sind und der Schalter 38 geschlossen ist, ergibt sich eine Schaltung, in der der erste Widerstand 20 Ri in Reihe zu einer Parallelschaltung aus dem dritten Widerstand 26 R3 und dem Messwiderstand 22 R2 geschaltet ist, wobei diese
Schaltung den halben Wert des ersten Widerstands 20 Ri aufweist. Damit liegt an dem Messpin 32 ein Drittel der Aktorspannung 16 Lektor an. Bei offenem Schalter 38 hat der dritte Widerstand 26 R3 keinen Einfluss und die Schaltung besteht nur aus der Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand 20 Ri und dem Messwiderstand 22 R2. Dann fällt die Hälfte der Aktorspannung 16 UAktor an dem
Messwiderstand 22 R2 ab und liegt damit an dem Messpin 32 an. Mit den genannten Beispielen sind unterschiedliche Verstärkungen der Messspannung 24 UMess möglich.
Es ist vorgesehen, dass der schützende Komparator 50 einen maximalen Wert des Messsignals mit einem Grenzwert vergleicht, die Verstärkung des Messsignals reduziert und somit eine niedrigere Auflösung des Messsignals bereitstellt, falls an den Eingangspins 32, 36 des ASICS 28 eine Spannung anliegt, die den Grenzwert bzw. eine Grenzspannung von beispielsweise 3V überschreitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Anordnung 44 ist vorgesehen, dass der schützende Komparator 50 sowie der zusätzliche Microcontroller 42 Komponenten eines Abtastmoduls 52 bilden, mit dem das Messsignal abgetastet wird. Dabei kann mit dem zusätzlichen Microcontroller 42 über einen Pegel des schützenden Komparators 50 eine Unregelmäßigkeit des Messsignals und somit eine gegebenenfalls vorliegende zusätzliche Ansteuerung des Injektors erkannt werden.
Ein möglicher Verlauf eines an dem Piezoaktor 14 anliegenden Signals 54 ist in den Diagrammen 58, 60 aus Figur 4 dargestellt. Beide Diagramme 58, 60 umfassen eine horizontal orientierte Zeitachse 62, entlang der die Zeit in Millisekunden aufgetragen ist. Über der Zeitachse 62 ist jeweils eine vertikal orientierte Achse 64 für eine Spannung des Signals 54 in der Einheit Volt dargestellt. In dem ersten Diagramm 58 ist ein vollständiger Verlauf des Signals 54 dargestellt. Dieses Signal 54 umfasst einen Ansteuerimpuls 66, der in einem Bereich von ca. - 0,75 ms bis ca. 0 ms eine hohe Amplitude aufweist. Nach Abklingen des Ansteuerimpulses 66 zu dem Zeitpunkt 0 ms weist der Verlauf des Signals 54 weitgehend den Wert 0 auf. Das zweite Diagramm 60 zeigt eine Vergrößerung des Signals 54 zur Bereitstellung einer höheren Auflösung. Möglicherweise vorliegende Un- regelmäßigkeiten des Signals 54 treten als Verzögerung des Nadelschließens des Aktors nach dem Zeitpunkt von 0 ms auf.
Figur 5 umfasst drei Diagramme 70, 72, 74 mit jeweils einer horizontal orientierten Zeitachse 76, entlang der die Zeit in ms aufgetragen ist. In dem ersten Dia- gramm 70 ist über der Zeitachse 76 eine vertikal orientierte Achse 78 für eine
Spannung in Volt aufgetragen. In dem ersten Diagramm 70 ist ein Verlauf eines Signals 80 für eine Spannung, das an einem Piezoaktor eines Injektors anliegt, eingetragen. Dieses Signal 80 umfasst ebenfalls einen Ansteuerimpuls 79, der sich bis zu einem Zeitpunkt von ca. 0,2 Sekunden erstreckt. Ab 0,2 Sekunden ist ein Wert des Verlaufs des Signals 80 auf weitgehend 0 Volt abgesunken. Im Diagramm 72 ist über der Zeitachse 76 eine vertikal orientierte Achse 82 für eine Spannung in der Einheit Volt aufgetragen. In dem zweiten Diagramm 72 ist ein Signal 84 einer Spannung, die am Eingang des FADC 34 anliegt, aufgetragen. Dabei ist dieses Signal 84 im Bereich von ca. 0,7 bis ca. 1 ,6 ms verstärkt. Ein EMI-Signal 86 ist entlang einer vertikal orientierten Achse 88 des dritten Diagramms 74 über der Zeitachse 76 aufgetragen. Hierbei ist EMI die Abkürzung für Einspritz-Mengen-Indikator, der die eingespritzte Menge sehr genau messen und einen Verlauf einer Rate einer eingespritzten Menge des Kraftstoffs liefert. Anhand von in Figur 5 ist zu erkennen, dass das Signal für das Nadelschließen zu einer ähnlichen Zeit auftritt, zu der das EMI-Signal 86 auf Null absinkt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbren- nungsmotors, wobei für den Injektor während des Betriebs mehrmals nacheinander Einspritzungen durchgeführt werden, und wobei während des Betriebs ein elektrisches Signal (54, 80, 84) erzeugt wird, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein zeitlicher Verlauf des Signals (54, 80, 84) zwischen zwei Einspritzungen verstärkt und abgetastet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem zum Verstärken des Signals (54, 80, 84) eine maximale Amplitude des Signals (54, 80, 84) auf einen maximalen Wert begrenzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verlauf des Signals (54, 80,
84) auf das Vorliegen einer Unregelmäßigkeit überprüft wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das Signal (54, 80, 84) durch einen Körperschall mindestens einer Komponente des In- jektors erzeugt und als Spannungssignal bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem ein Nadelschließen des Injektors untersucht wird.
6. Anordnung zum Überwachen des Betriebs eines Injektors eines Verbrennungsmotors, wobei für den Injektor während des Betriebs mehrmals nacheinander Einspritzungen durchgeführt werden, und wobei während des Betriebs ein elektrisches Signal (54, 80, 84) erzeugt wird, wobei die Anordnung dazu ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf des Signals (54, 80, 84) zwi- schen zwei Einspritzungen zu verstärken und das verstärkte Signal (54, 80, 84) abzutasten.
7. Anordnung nach Anspruch 6, die einen Signalverstärker aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Signal (54, 80, 84) zu verstärken.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, die eine Schutzschaltung (48) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Verstärkung des Signals (54, 80, 84) zu kontrollieren.
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Schutzschaltung (48) dazu ausgebildet ist, die Verstärkung einer maximalen Amplitude des Signals (54, 80, 84) auf einen maximalen Wert zu begrenzen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, die ein Abtastmodul (52) zum
Abtasten des Signals (54, 80, 84) aufweist.
1 1 . Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Com- puterprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (44) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, ausgeführt wird.
12. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem com- puterlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (44) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 ausgeführt wird.
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