WO2001094768A1 - Verfahren zur überprüfung eines kapazitiven stellgliedes - Google Patents
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Abstract
Ein kapazitives Stellglied wird mit einem Steuersignal der Dauer T1 angesteuert. Diese Dauer T1 wird zusammen mit vorgegebenen oder gemessenen Werten von Lade-, Entlade- und Öffnungsdauer T2, T3 und T4 in Beziehung gesetzt: (T1 + T3 - T2 - T4) ≤ |X| und mit einem Betrag (Grenzwert |X|) verglichen. Ergibt sich ein Betrag größer als |X|, so wird auf einen Fehler geschlossen.
Description
Beschreibung
Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere eines Stellgliedes für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, auf ordnungsgemäße Funktion, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Die nicht vorveröffentlichte DE 199 10 388 mit älterem Zeitrang beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung eines piezoelektrischen Stellgliedes, insbesondere für ein Kraftstoff- Einspritzventil, bei dem die aus Lade- und Entladestrom am Stellglied durch Vergleich mit Schwellwerten ermittelte Öffnungsdauer des Stellgliedes mit der Dauer des Steuersignals verglichen wird und damit die ordnungsgemäße Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird. Dieses Verfahren ist dann anwendbar, wenn Ladedauer und Entladesauer gleich lang sind, da andernfalls die Öffnungsdauer des Stellgliedes ungleich der Dauer des Steuersignals ist.
Zum Öffnen beispielsweise eines Kraftstoff-Einspritzventils einer Brennkraftmaschine muß eine elektrische Ladung auf das Stellglied aufgebracht werden, die zum Schließen des Einspritzventils wieder vom Stellglied entfernt werden muß. Die eingespritze Kraftstoffmenge ist bei konstantem Kraftstoffdruck, beispielsweise in einem Common-Rail-Kraftstoff-Ein- spritzsyste , hauptsächlich von der Einspritzdauer abhängig.
Beim Laden jedes kapazitiven Stellgliedes fließt ein Ladestrom in das Stellglied; dieses ist geladen, wenn der Ladestrom wieder zu null wird. Während des Ladevorgangs steigt
die an ihm abfallende Stellgliedspannung auf einen bestimmten Wert an. Im geladenen Zustand fließt kein Strom, die Stellgliedspannung bleibt etwa konstant. Beim Entladen fließt ein Entladestrom aus dem Stellglied; dieses ist entladen, wenn der Entladestrom wieder zu null wird. Während des Entladevorgangs fällt die an ihm anliegende Stellgliedspannung wieder auf null Volt.
Die nicht vorveröffentlichte DE 199 44 734 mit älterem Zeit- rang beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes mit unterschiedlichen Lade- und Entladedauern. Je kürzer Lade- und Entladevorgänge sind, umso geräuschintensiver werden sie.
Die Steuervorgänge können durch interne oder externe Einflüsse so gestört werden, daß die auf das Stellglied aufgebrachte Ladung länger, als durch die von einem Motorsteuersystem ausgegebenen Steuersignale vorgegeben, auf dem Stellglied verbleibt und das Kraftstoffeinspritzventil für eine nicht defi- nierte Dauer geöffnet bleibt, wodurch zu viel Kraftstoff eingespritzt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes anzugeben, welches auf einfache Weise eine Überwachung der Stellgliedbetätigung auch für solche Ansteuervorgänge ermöglicht, bei denen Ladedauer und Ent- ladedauer ungleich lang sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 oder Anspruch 2 genannten Merkmale gelöst.
Der dem Stellglied zugeführte Ladestrom +Ip und der von ihm abgeführte Entladestrom -Ip oder die am Stellglied abfallen-
dee Stellgliedspannung üp werden gemessen und mit Schwellwerten verglichen. Erfindungsgemäß werden vorgegebene oder ermittelte Zeiten (Dauern) für Steuersignal, Laden, Entladen und Stellglied-Betätigung zueinander in Beziehung gesetzt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis wird auf ordnungsgemäße oder gestörte Funktion des Stellgliedes geschlossen.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der einzigen Figur einer schematischen Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Figur la den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals st, Figur 1b den Verlauf des Lade- und des Entladestroms während einer Stellgliedansteuerung,
Figur lc den Verlauf der Stellgliedspannung während einer
Stellgliedansteuerung, Figur ld die Dauern von Steuersignal, Ladezeit, Entladezeit und Öffnungszeit während einer Stellgliedansteuerung bei einem ersten und dritten Ausführungsbeispiel, und Figur le die Dauern von Steuersignal, Ladezeit, Entladezeit und Öffnungszeit während einer Stellgliedansteuerung bei einem zweiten und vierten Ausführungsbeispiel.
Figur la zeigt den Verlauf eines Steuersignals st für ein nicht dargestelltes, kapazitives Stellglied eines Kraftstoff- Einspritzventils einer Brennkraftmaschine für einen Kraftstoffeinspritzvorgang. Diese Steuersignale st werden von ei- nem nicht dargestellten Motorsteuergerät als Ergebnis mehrerer Eingangsparameter wie Motordrehzahl, Last, Temperatur etc. ermittelt.
Das Steuersignal st beginnt zu einem Zeitpunkt tl und endet zu einem Zeitpunkt t4. Die Differenz t4 - tl entspricht der Dauer Tl dieses Steuersignals st. In der Zeichnung sind Zeiten bzw. Zeitpunkte angegeben; üblicherweise werden derartige Zeitpunkte für Beginn oder Ende von Signalen vom Motorsteuergerät jedoch in Kurbelwellenwinkeln (°KW) ausgegeben.
Gemäß Figur lb wird das Stellglied ab dem Zeitpunkt tl mit einem Ladestrom +Ip geladen. Dieser Ladestrom +Ip übersteigt zum Zeitpunkt t2 einen vorgegebenen, ersten Stromschwellwert Sl, unterschreitet diesen zum Zeitpunkt t3 und wird anschließend zu Null. Ab dem Ende des Steuersignals st zum Zeitpunkt t4 wird das Stellglied mit einem Entladestrom Ip- entladen. Der Entladestrom -Ip unterschreitet zum Zeitpunkt t5 einen vorgegebenen, zweiten Stromschwellwert S2, überschreitet diesen wieder zum Zeitpunkt tβ und wird anschließend zu Null.
Figur lc zeigt die am Stellglied anliegende Stellgliedspannung Up während eines Ansteuervorgangs. Diese steigt ab dem Beginn des Steuersignals st zum Zeitpunkt tl an, überschreitet im Zeitpunkt t2 einen vorgegebenen, unteren Spannungsschwellwert S3 und im Zeitpunkt t3 einen vorgegebenen, oberen Spannungsschwellwert S4. Anschließend erreicht sie ihr Maximum, welches bis zum Ende des Steuersignals st im Zeitpunkt t4 beibehalten wird. Mit dem Ende des Steuersignals st fällt die Stellgliedspannung Up wieder, unterschreitet im Zeitpunkt t5 den oberenn Spannungsschwellwert S4 und im Zeitpunkt t6 den unteren Spannungsschwellwert S3, bevor sie wieder zu Null wird.
In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur lb und ld wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stellgliedes mittels vom Lade- bzw. Entladestrom Ip abgeleiteter,
„gesteuerter" Größen von Ladedauer T2 und Entladedauer T3 beschrieben. Als gesteuerte Größen sind im folgenden solche Größen bezeichnet, die vom Beginn oder vom Ende des Steuersignals st an gemessen werden. Dies ist in jedem Fall die Größe Tl selbst, sowie in diesem Ausführungsbeispiel noch Ladedauer T2 und Entladedauer T3. Alle anderen Größen, die sowohl ab dem Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes gemessen werden, sind als „gemessene" Größen bezeichnet und mit einem Stern versehen. Dies ist in diesem Ausführungsbeispiel nur die Größe T4* (die Öffnungsdauer des von dem Stellglied betätigten Ventils) , da sie beginnt, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Stromschwellwert Sl unterschreitet. Sie endet im Zeitpunkt tβ, in welchem der Entladestrom -Ip den zweiten Stromschwellwert S2 übersteigt.
Die Ladedauer T2 reicht vom Beginn des Steuersignals st im Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t3, in welchem der Ladestrom +Ip den ersten Stromschwellwert Sl unterschreitet. Entsprechend reicht die Entladedauer T3 vom Ende des Steuersignals st im Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt tβ, in welchem der Entladestrom -Ip den zweiten Stromschwellwert S2 übersteigt.
Wie Figur ld zu entnehmen ist, gilt im funktionstüchtigen Zustand des Stellgliedes für die Größen Tl bis T4* folgende Be- Ziehung: T2 + T4* = Tl + T3.
Weicht die Summe der Dauern T2 + T4 nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert |X| von der Summe der Dauern Tl + T3 ab:
(T2 + T4* - Tl - T3) < |X| , so wird davon ausgegangen, daß das Stellglied und damit das Kraftstoffeinspritzventil ordnungsgemäß funktioniert. Bei einem auftretenden Fehler - beispielsweise, wenn die Entladung verzögert einsetzt oder ausbleibt - würden sich die
Dauern T3 und T4* um den gleichen Betrag ändern; das Gleichgewicht T2 + T4* = Tl + T3 bliebe erhalten und der Fehler würde nicht erkannt werden.
Die Ladedauer T2 und die Entladedauer T3 werden aber auch von der Motorsteuerung, abhängig von verschiedenen Parametern, berechnet und vorgegeben; diese Größen werden berechnet, gespeichert und sind deshalb bekannt. Darum werden bei diesem Ausführungsbeispiel diese berechneten Werte für Ladedauer T2 und Entladedauer T3 verwendet, um Funktionsfehler des Stellgliedes festzustellen.
Bei dem oben beschriebenen Fehler ändert sich dann nur die Dauer T4*, während die anderen Dauern Tl, T2 und T3 vorgege- ben sind; es wird:
(T2 + T4*) > (Tl + T3) → (T2 + T4* - Tl - T3) > |X|. Auf diese Weise kann der Fehler nun erkannt werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur lb und le wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stellgliedes ebenfalls mittels vom Lade- bzw. Entladestrom Ip abgeleiteter, aber „gemessener" Größen (Ladedauer T2*, Entladedauer T3* und Ventilöffnungsdauer T4*) beschrieben.
Die Ladedauer T2* beginnt, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Schwellwert Sl übersteigt, also im Zeitpunkt t2; sie endet im Zeitpunkt t3, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Schwellwert Sl wieder unterschreitet.
Die Entladedauer T3* beginnt, wenn der Entladestrom -Ip den zweiten Schwellwert S2 unterschreitet, also im Zeitpunkt t5; sie endet im Zeitpunkt tβ, wenn der Entladestrom -Ip den zweiten Schwellwert S2 wieder übersteigt.
Bei diesem und dem weiter unten beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel kann davon ausgegangen werden, daß in erster Näherung t2-tl = t5-t4.
In einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur lc und ld wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stellgliedes mittels von der Stellgliedspannung Up abgeleiteter, „gesteuerter" Größen von Ladedauer T2 und Entladedauer T3 beschrieben.
Die Ladedauer T2 reicht vom Beginn des Steuersignals st im Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t3, in welchem die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S3 übersteigt. Entsprechend reicht die Entladedauer T3 vom Ende des Steuer- signals st im Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt tβ, in welchem der Entladestrom -Ip den unteren Spannungsschwellwert S3 wieder unterschreitet.
Die Öffnungsdauer T4* des von dem Stellglied betätigten Ven- tils beginnt, wenn die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 übersteigt. Sie endet im Zeitpunkt tβ, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 wieder unterschreitet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden für Lade- und Entladedauer wieder die vorgegebenen, gespeicherten Werte verwendet. Bei dem im ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Fehler verhält sich das Verfahren nach diesem dritten Ausführungsbeispiel genauso wie das Verfahren nach dem ersten Aus- führungsbeispiel.
In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Figur lc und le schließlich wird das Verfahren mittels von der Stellglied-
Spannung Up abgeleiteter, aber „gemessener" Größen (Ladedauer T2*, Entladedauer T3* und Ventilöffnungsdauer T4*) beschrieben.
Die Ladedauer T2* reicht vom Zeitpunkt t2, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 übersteigt, bis zum Zeitpunkt t3, in welchem die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 übersteigt. Entsprechend reicht die Entladedauer T3* vom Zeitpunkt t5, in welchem die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 unterschreitet, bis zum Zeitpunkt tβ, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 wieder unterschreitet.
Die Öffnungsdauer T4* des von dem Stellglied betätigten Ventils beginnt auch bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 übersteigt, und endet im Zeitpunkt tβ, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 wieder unterschreitet.
Auch bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ändert sich, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem oben beschriebenen Fehler nur die Dauer T4*, und der Fehler kann erkannt werden:
(T2* + T4*) > (Tl + T3*) → (T2* + T4* - Tl - T3*) > |X|.
Die Fehler, welche mittels des beschriebenen Verfahrens erkannt werden können, sind folgende:
mit der ersten Methode, entsprechend dem ersten oder dritten Ausführungsbeispiel, bei der Tl, T2 und T3 „gesteuerte" (be-
rechnete und gespeicherte) Größen sind und T4 gemessen wird, lassen sich folgende Fehler feststellen:
- der Ladestrom +Ip oder der Entladestrom -Ip beginnt zu früh oder zu spät zu fließen;
- die Ladedauer T2 oder die Entladedauer T3 wird länger oder kürzer als der vorgegebene Wert.
In diesen vier Fällen bleiben die vorgegebenen Werte der Grö- ßen Tl, T2 und T3 unverändert, aber T4 wird länger oder kürzer) : (T2 + T4*) > (Tl + T3) → (T2 + T4* - Tl - T3) > |X|.
Mit der zweiten Methode, entsprechend dem zweiten oder vierten Ausführungsbeispiel, bei der Tl eine „gesteuerte" Größe ist und T2*, T3* und T4* gemessen werden, lassen sich folgende Fehler feststellen:
a) mit einer Genauigkeit wie bei der ersten Methode: alle Fehler, die nach der ersten Methode erfaßbar sind, wenn die gemessenen Werte T2* und T3* zusätzlich mit den gesteuerten Größen T2 und T3 verglichen werden; besteht keine Übereinstimmung, so wird dies als Fehler gewertet;
b) mit besserer Genauigkeit als bei der ersten Methode: der Ladestrom +Ip oder der Entladestrom -Ip beginnt zu früh oder zu spät zu fließen; dabei bleibt die Ladedauer T2* oder die Entladedauer T3* gleich lang, sie verschiebt sich nur nach vorne oder nach hinten, lediglich die Größe T4* ändert sich dabei: (T2* + T4*) > (Tl + T3*) → (T2* + T4* - Tl - T3*) > |χ|.
Es lassen sich auch mehrere, gleichzeitig auftretende Fehler feststellen, deren Aufzählung allerdings infolge der Vielzahl ihrer Kombinationen zu lang wäre.
Wenn einer der aufgezählten Fehler auftritt, so wird beispielsweise bei einmaligem Auftreten keine Reaktion ausgelöst. Tritt er mehrmals auf, so muß dieses Stellglied (und bei einer Brennkraftmaschine wenigstens der zugehörige Zylinder) abgeschaltet werden. Es erfolgt dann bei vorhandenem OBD-System (On-Board-Diagnosis) beispielsweise bei jedem auftretenden Fehler ein Eintrag in ein Fehlerprotokoll, und es kann zusätzlich eine Warnlampe angeschaltet werden.
Claims
1. Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für die Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine, welches mittels eines Steuersignals (st) gesteuert wird, auf ordnungsgemäße Funktion,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t
daß die gesteuerten Größen
- Dauer (Tl) des Steuersignals (st) ,
- Ladedauer (T2) des Stellgliedes
- Entladedauer (T3) des Stellgliedes, und die gemessene Größe
- Öffnungsdauer (T4*) eines von dem Stellglied betätigten
Ventils, nach der Formel (Tl + T3 - T2 - T4*) < |X| zueinander in Beziehung gesetzt werden, wobei |X| ein vorgegebener Betrag (Grenzwert) ist, und daß ein Fehler der Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird, wenn diese Formel nicht erfüllt wird.
2. Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für die Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine, welches mittels eines Steuersignals (st) gesteuert wird, auf ordnungsgemäße Funktion,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die gesteuerte Größe
- Dauer (Tl) des Steuersignals (st) , und die gemessenen Größen
- Ladedauer (T2*) des Stellgliedes,
- Entladedauer (T3*) des Stellgliedes, .und
- Öffnungsdauer (T4*) eines von dem Stellglied betätigten Ventils, nach der Formel (Tl + T3* - T2* - T4*) < |X| zueinander in Beziehung gesetzt werden, wobei |X| ein vorgegebener Betrag (Grenzwert) ist, und daß ein Fehler der Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird, wenn diese Formel nicht erfüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Ladedauer (T2) des Stellgliedes mit dem Beginn des Steuersignals (st) beginnt (Zeitpunkt tl) , daß die vorgegebene Entladedauer (T3) des Stellgliedes mit dem Ende des Steuersignals (st) beginnt (t4), und daß die gemessene Größe Öffnungsdauer (T4*) eines von dem Stellglied betätigten Ventils - beginnt (t3) , wenn der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes einen ersten Stromschwellwert (Sl) unterschreitet, oder wenn die Stellgliedspannung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert (S4) übersteigt, und endet (tβ) , wenn der Entladestrom (-Ip) einen zweiten Stromschwellwert (S2) übersteigt, oder wenn die Stellgliedspannung (Up) den unteren Spannungsschwellwert (S3) unterschreitet .
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Ladedauer (T2*) des Stellgliedes - beginnt (t2), wenn der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes einen ersten Stromschwellwert (Sl) übersteigt, oder wenn die Stellgliedspannung (Up) einen unteren Spannungsschwellwert
( 53 ) übersteigt, und
- endet (t3), wenn der Ladestrom (+Ip) den ersten Stromschwellwert (Sl) wieder unterschreitet, oder wenn die
5 Stellgliedspannung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert
(54) übersteigt, daß die gemessene Entladedauer (T3*) des Stellgliedes beginnt (t5) , wenn der Entladestrom (-Ip) des Stellgliedes einen zweiten Stromschwellwert (S2) unterschreitet, oder 10 wenn die Stellgliedspannung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert (S4) unterschreitet, und endet (tβ) , wenn der Entladestrom (-Ip) den zweiten Stromschwellwert (S2) überschreitet, oder wenn die Stellgliedspannung (Up) den unteren Spannungsschwellwert (S3) unter- 15. schreitet, und daß die gemessene Öffnungsdauer (T4*) eines von dem Stellglied betätigten Ventils
- beginnt (t3) , wenn der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes einen ersten Stromschwellwert (Sl) unterschreitet, oder wenn
20 die Stellgliedspannung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert (S4) übersteigt, und endet (tβ) , wenn der Entladestrom (-Ip) einen zweiten Stromschwellwert (S2) übersteigt, oder wenn die Stellgliedspannung (Up) den unteren Spannungsschwellwert (S3)
25 unterschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Größen Ladedauer (T2*)und Entladedauer 30 (T3*) mit den entsprechenden, gesteuerten Größen (T2, T3) verglichen werden, und daß ein Fehler der Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird, wenn die gemessenen Größen um mehr als einen vorgegebe- beb Betrag von den gesteuerten Größen abweichen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an einem Stellglied mehrmals auftretenden Fehler dieses Stellglied abgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an einem Stellglied auftretenden Fehler ein Eintrag in ein Fehlerprotokoll erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten eines Stellgliedes eine Warnlampe eingeschaltet wird.
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