WO2005045234A1 - Verfahren zur diagnose einer kraftstoff-einspritzvorrichtung, welche einen piezoaktor aufweist - Google Patents

Verfahren zur diagnose einer kraftstoff-einspritzvorrichtung, welche einen piezoaktor aufweist Download PDF

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WO2005045234A1
WO2005045234A1 PCT/DE2004/001780 DE2004001780W WO2005045234A1 WO 2005045234 A1 WO2005045234 A1 WO 2005045234A1 DE 2004001780 W DE2004001780 W DE 2004001780W WO 2005045234 A1 WO2005045234 A1 WO 2005045234A1
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piezo actuator
fuel injection
diagnostic device
diagnostic
injection device
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PCT/DE2004/001780
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Ulrich Schoor
Kai Sutter
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention initially relates to a method for diagnosing a fuel injection device which has a piezo actuator for actuating a valve element.
  • fuel injection devices are used, the valve elements of which are not actuated electromagnetically, but at least indirectly by changing the length of a piezo actuator.
  • the advantage of piezo actuators is their very short switching times and the possible very precise stroke setting.
  • the correct functioning of the piezo actuator therefore plays a central role for the function of the internal combustion engine. and this in turn makes it necessary to monitor the correct functioning of the piezo actuator.
  • the capacity is known during the operation of the internal combustion engine to determine the piezo actuators used again and again. Is a strong modifier Derun 'capacity within a certain period determined this is an indication example of harm to the piezoelectric actuator.
  • the fuel can no longer be introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine with the required accuracy by the corresponding fuel injection device. It is also detected when a fuel injection device is blocked in the open position. In such a case, it may even be necessary to shut down the internal combustion engine. If a malfunction is detected, an error is entered in an error memory. The stored error data can be read out by a corresponding diagnostic device in a workshop. This gives the fitter information about the location and type of fault that has occurred.
  • the object of the present invention is to develop a method of the type mentioned at the outset so that the fuel injector can also be diagnosed in the "field", that is to say far from a workshop or a suitably equipped workshop vehicle.
  • a specific voltage is applied to the piezo actuator and that the charge introduced into the piezo actuator and a capacitance of the piezo actuator are determined by the diagnostic device.
  • an error memory does not have to be accessed. Instead, when the internal combustion engine is at a standstill, the fuel injection device is connected directly to a corresponding diagnostic device which attempts to introduce a specific and predetermined amount of charge into the piezo actuator. The actual capacitance of the piezo actuator can then be determined in a simple manner from the amount of charge actually introduced. This is a measure of the current functional state of the piezo actuator. The charge is determined, for example, on the basis of the current actually flowing.
  • the piezo actuator for the condition check does not have to be removed from the internal combustion engine, which shortens the time for carrying out the diagnosis.
  • the diagnostic device can be made very simple and small, so that it can be used anywhere, even outside a workshop or without using a workshop trolley. If necessary, it is conceivable to integrate such a diagnostic device in the vehicle tool, which is already present, in a motor vehicle. In addition, such a method can also be used to carry out an incoming inspection prior to the installation of a fuel injection device in an internal combustion engine.
  • the diagnostic device determine a course of the capacity.
  • the course of the capacitance is even more meaningful with a known course of the applied voltage and the applied current with regard to the functional state of the piezo actuator than a single absolute value of the capacitance.
  • the functionality of the piezo actuator can be determined even better in this way.
  • the diagnostic device compares the determined capacity or the determined course of the capacity with at least one reference capacity or a reference course and generates a signal depending on the result of the comparison. In this development, the interpretation of the result is relieved of the user. Through the comparison, the diagnostic device immediately provides the diagnostic result.
  • a display with at least two colors is activated, by means of which it is indicated whether the determined capacity or the course lies within a tolerance range around the reference capacity or the reference course.
  • the diagnostic device gives an easily recognizable visual indication as to whether the piezo actuator under investigation or the fuel injection device under investigation is OK or whether there is an error.
  • the handling of the method according to the invention is simplified in this way and the diagnosis is accelerated. It is particularly advantageous if the voltage applied during the diagnosis corresponds at least approximately to a course which occurs during normal operation of the fuel injection device.
  • the diagnostic device applies a voltage to the piezo actuator with a linearly increasing, a constant, and a linearly decreasing section.
  • the diagnostic device simulates a real operating situation despite the stationary internal combustion engine.
  • the diagnostic result is particularly meaningful in this case.
  • the invention also relates to a device for carrying out the above-mentioned diagnostic method. So that this device is as small as possible and can be manufactured inexpensively, it is proposed that it have a capacitor charging circuit which provides the energy required to control the piezo actuator.
  • a capacitor charging circuit offers a simple, space-saving and inexpensive way to provide the energy required for controlling the piezo actuator.
  • the energy for charging the capacitor of the capacitor Ladeschaltuhg may be provided in the case of a motor vehicle, for example, from 'the 12 V car battery, by a 230 V power supply, or for example from a photovoltaic system. It is particularly advantageous if the capacitor charging circuit is a commercially available circuit such as that used for flash units or the like. In this case, the device is particularly inexpensive.
  • the device forms a closed structural unit.
  • the power supply, the signal processing, the optical or acoustic display, and an evaluation circuit are arranged within a compact housing. This makes handling even easier.
  • the use of the device according to the invention is facilitated in that it comprises a connecting device which is complementary to a connecting device on the fuel injection device or the internal combustion engine. To use the device according to the invention, it is then sufficient, for example, to pull a vehicle-side connector from the fuel injection device and instead to connect a connector of the diagnostic device according to the invention to the fuel injection device.
  • the device have an interface for connecting a PC.
  • further automated tests can be carried out using the device according to the invention, which are programmed on the PC.
  • the evaluation of the diagnostic result can also be carried out in a more differentiated manner in this way.
  • a notebook or tablet PC is advantageously used as the PC.
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a fuel injection device with a piezo actuator, and a diagnostic device;
  • Figure 2 is a graph plotting voltage and current applied to the Figure piezo actuator over time
  • FIG. 3 shows a simplified and schematic electrical circuit diagram of the diagnostic device from FIG. 1.
  • an internal combustion engine bears the overall reference number 10. It serves to drive a motor vehicle which, like the internal combustion engine 10, is only indicated by a dash-dotted line in FIG. 1 and which bears the reference number 12.
  • the internal combustion engine 10 includes a fuel system 14. This includes a fuel tank 16, from which a delivery device 18 delivers the fuel to a fuel manifold 20. This is also known as a "rail" and it stores the fuel under high pressure.
  • a plurality of fuel injection devices 22 are connected to the fuel rail 20. These inject the fuel directly into one of them Combustion chamber 24 a. For reasons of illustration, only one fuel injection device 22 and one combustion chamber 24 are shown.
  • the fuel injection device 22 comprises a valve element, which is not visible in the figure and which, depending on the position, releases fuel outlet openings (not shown) through which the fuel from the fuel injection device 22 can get into the combustion chamber 24.
  • the position of the valve element is influenced by the current length of a piezo actuator 26. This changes depending on the charge that is placed in it.
  • the piezo actuator 26 is connected to a control and regulating device 28 via a socket 27 attached to the fuel injection device 22 and a plug 29.
  • the fuel injector 22 only injects the desired amount of fuel into the combustion chamber 24 if the piezo actuator 26 is working correctly.
  • Emission behavior and the fuel consumption of the internal combustion engine 10 therefore also depend on the correct function of the piezo actuator 26.
  • the function of the piezo actuator 26 is continuously monitored by the control and regulating device 28 during the operation of the internal combustion engine 10.
  • an entry is made in a fault memory of the control and regulating device 28 and / or the internal combustion engine 10 is switched over to emergency operation or even completely shut down.
  • the entries in the fault memory can be read out, for example, in a workshop or from a mobile service vehicle by a diagnostic device which is connected to the control and regulating device 28.
  • a diagnostic device is big and heavy and therefore difficult to transport.
  • it is more elaborate due to the. Electronics comparatively expensive.
  • the fuel injection device 22 has a socket 30 which is connected directly to the piezo actuator 26 and into which a plug is inserted 32 of a small, portable diagnostic device 34 can be inserted.
  • the plug 32 is connected to the diagnostic device 34 via a cable 36.
  • the separate bushing 30 is dispensed with. Instead, the plug 29, with which the control and regulating device 28 is connected to the socket 27, is pulled out of the latter and the plug 32 of the diagnostic device 34 is instead inserted into the socket 27.
  • a current I is applied by the diagnostic device 34 to the piezo actuator 26 and the voltage U resulting at the capacitor is determined. That corresponding to curve U is shown in FIG. 2. It can be seen that the voltage U applied to the piezo actuator 26 normally has a linearly increasing section, then a section with constant voltage, and finally a linearly decreasing section. This corresponds approximately to the ramp-shaped activation of the piezo actuator 26 during normal operation of the internal combustion engine 10. The maximum voltage level reached and the steepness of the flanks also correspond at least approximately to a conventional activation of the piezo actuator 26 during an 'injection process. A constant current I flows as the voltage U rises (broken line in FIG. 2).
  • the rising voltage ü causes a change in length of the piezo actuator 26, which would lead to an injection of fuel during operation of the internal combustion engine 10.
  • the diagnosis is therefore only carried out when the internal combustion engine 10 is at a standstill.
  • the integral of the flowed current I is calculated over the time t. This integral corresponds to the charge Q that was introduced into the piezo actuator 26. If the charge Q is divided by the voltage U, the capacitance C of the piezo actuator 26 is obtained.
  • the capacitance C of the piezo actuator 26 is an important parameter for the functional state of the piezo actuator 26. If, for example, the piezo actuator 26 breaks, this has a clear effect Change in capacitance C results. This can be recognized by using the diagnostic device 34. In the simplest case, we determined the
  • Capacity C is output as a numerical value from the diagnostic device 34.
  • the user can then use the numerical value to assess whether the piezo actuator 26 is OK or not.
  • the diagnostic device automatically detects the data in a corresponding evaluation circuit
  • a green lamp 38 lights up on the diagnostic device 34. This signals that the piezo actuator 26 is in order. If the determined capacitance C is close to one of the limit values, a yellow lamp 40 lights up on the diagnostic device 34, by means of which it is signaled that the piezo actuator 26 is not appears to be completely defective, but apparently it no longer fully meets the specification. On the other hand, if the capacitance C is clearly outside the range defined by the two limit values, a red lamp 42 lights up on the diagnostic device 34, which indicates to the user that the piezo actuator 26 is defective.
  • the diagnostic device 34 is very simple, since a commercially available capacitor charging circuit 44 is used to provide the supply voltage and the supply current, which are applied or flowing to the piezo actuator 26 for the diagnosis.
  • a capacitor charging circuit of the type LT3420 Linear Technology Magazine, May 2002
  • LT3420 Linear Technology Magazine, May 2002
  • a capacitor with a capacitance of 220 ⁇ F which within 3 , 5 s can be charged with a 5 V input voltage from 50 V to 320 V.
  • the electrical circuit of the diagnostic device 34 shown in FIG. 3 not only has a triggered charging signal 46, but also also via a discharge circuit 48 for constant current.
  • the charging or discharging process is controlled by an operation amplifier 50 and two Schmitt triggers 52 and 54.
  • a microprocessor with an A / D converter is integrated in it.
  • the diagnostic device 34 also has a corresponding interface 56 (cf. FIG. 1).
  • the circuit shown in FIG. 3 is supplied with current via the terminals 58.
  • a built-in rechargeable battery, batteries, a connection to a network of the motor vehicle 12, a connection to a 230 V Metz voltage, or a supply via a photovoltaic converter are possible.
  • a DC / DC converter 60 connected to the terminals 58 provides the energy for amplification circuits or, for example, the displays 38 to 42.
  • a diagnostic device 34 was shown, which in itself serves to diagnose a fuel injection device 22 installed in a motor vehicle 12.
  • the proposed method and the proposed diagnostic device 34 can also be used by the motor vehicle manufacturer to check the fuel injectors 22 supplied before they are installed in the internal combustion engine 10 or the motor vehicle 12. In this way it can be avoided that defective fuel injection devices 22 are installed in an internal combustion engine 10 or a motor vehicle 12.
  • the diagnostic device 34 is very compact and can therefore be part of an on-board tool of the motor vehicle 12. It includes the power supply, all converters, an evaluation circuit, a control and a display processor, and the in a common housing
  • Displays 38 to 42 or alternatively or additionally, an LCD display, as well as the connecting cable 36 and the plug 32.

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Abstract

Ein Verfahren dient zur Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22). Diese umfasst einen Piezoaktor (26) , mit dem ein Ventilelement betätigt wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) mit einem Diagnosegerät (34) verbunden wird, dass dann durch das Diagnosegerät (34) an den Piezoaktor (26) eine bestimmte Spannung angelegt wird, und dass durch das Diagnosegerät (34) die in den Piezoaktor (26) eingeleitete Ladung und hieraus eine Kapazität des Piezoaktors (26) ermittelt werden.

Description

Verfahren zur Diagnose -einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtunq, welche einen Piezoaktor aufweist
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche einen Piezoaktor zur Betätigung eines Ventilelements aufweist.
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff- Direkteinspritzung kommen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zum Einsatz, deren Ventilelemente nicht elektromagnetisch, sondern zumindest mittelbar durch die Längenänderung eines Piezoaktors betätigt werden. Der Vorteil von Piezoaktoren liegt in ihrer sehr kurzen Schaltzeit und der möglichen sehr präzisen Hubeinstellung. Durch die Verwendung derartiger Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen kann der Kraftstoff sehr genau in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden, was wiederum ein günstiges Emissionsverhalten und einen geringen Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.
Für die Funktion der Brennkraftmaschine spielt die korrekte Funktion des Piezoaktors daher eine zentrale Rolle,. und dies macht wiederum eine Überwachung der korrekten Funktion des Piezoaktors erforderlich. Bekannt ist beispielweise, während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Kapazität der eingesetzten Piezoaktoren immer wieder zu bestimmen. Wird eine starke Veränderun 'der Kapazität innerhalb eines bestimmten Zeitraums festgestellt, ist dies ein Hinweis beispielsweise auf eine Schädigung des Piezoaktors. In diesem Fall kann von der entsprechenden Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der Kraftstoff nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Erfasst wird auch, wenn eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung in der geöffneten Stellung blockiert ist. In einem solchen Fall ist gegebenenfalls sogar eine zwangsv/eise Stilliegung der Brennkraftmaschine erforderlich. Bei einer erkannten Fehlfunktion erfolgt ein Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher. Die gespeicherten Fehlerdaten können in einer Werkstatt von einem entsprechenden Diagnosegerät ausgelesen werden. Der Monteur erhält hierdurch Hinweise auf den Ort und die Art des aufgetretenen Fehlers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Diagnose der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung auch im "Feld", das heißt fernab von einer Werkstatt oder einem entsprechend ausgerüsteten Werkstattfahrzeug, möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung direkt mit einem Diagnosegerät verbunden wird, dass durch das Diagnosegerät an den
Piezoaktor eine bestimmte Spannung angelegt wird, und dass durch das Diagnosegerät die in den Piezoaktor eingeleitete Ladung und hieraus eine Kapazität des Piezoaktors ermittelt werden . Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss nicht auf einen Fehlerspeicher zugegriffen werden. Stattdessen wird im Stillstand der Brennkraftmaschine die Krafcstoff- Einspritzvorrichtung direkt mit einem entsprechenden Diagnosegerät verbunden, welches eine bestimmte und vorgegebene Ladungsmenge in den Piezoaktor einzubringen versucht. Aus der tatsächlich eingebrachten Ladungsmenge kann dann auf einfache Art und Weise die tatsächliche Kapazität des Piezoaktors ermittelt werden. Diese ist ein Maß für den augenblicklichen Funktionszustand des • Piezoaktors. Die Ladung wird beispielsweise auf der Basis des tatsächlich geflossenen Stromes ermittelt.
In Kenntnis der aktuellen Kapazität des Piezoaktors kann also leicht darüber befunden werden, ob der Piezoaktor für eine aufgetretene Störung ursächlich sein kann oder nicht. Dabei muss der Piezoaktor für die Zustandsprüfung nicht aus der Brennkraftmaschine ausgebaut werden, was die Zeit für die Durchführung der Diagnose verkürzt.
Da, wie gesagt, kein Datenaustausch stattfindet sondern nur aktuelle charakteristische elektrische Werte des Piezoaktors geprüft werden, kann das Diagnosegerät sehr einfach und klein bauen, so dass es überall, auch außerhalb einer Werkstatt oder ohne Hinzuziehung eines Werkstattwagens, eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls ist vorstellbar, bei einem Kraftfahrzeug ein solches Diagnosegerät in das ohnehin vorhandene Bordwerkzeug zu integrieren. Außerdem kann mit einem solchen Verfahren auch eine Eingangskontrolle vor dem Einbau einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung in eine Brennkraftmaschine durchgeführt werden.' Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Zunächst wird vorgeschlagen, dass das Diagnosegerät einen Verlauf der Kapazität ermittelt. Der Verlauf der Kapazität ist bei bekanntem Verlauf der angelegten Spannung und des angelegten Stromes noch aussagekräftiger im Hinblick auf den Funktions zustand des Piezoaktors als ein einziger Absolutwert der Kapazität. Die Funktionsfähigkeit des Piezoaktors kann auf diese Weise noch besser ermittelt werden.
Ferner ist vorteilhaft, wenn das Diagnosegerät die ermittelte Kapazität beziehungsweise den ermittelten Verlauf der Kapazität mit mindestens einer Referenzkapazität beziehungsweise einem Referenzverlauf vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs ein Signal erzeugt. Bei dieser Weiterbildung wird dem Benutzer die Interpretation des Ergebnisses abgenommen. Durch den Vergleich stellt das Diagnosegerät gleich das Diagnoseergebnis zur Verfügung.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass auf der Basis des Signals eine Anzeige mit mindestens zwei Farben angesteuert wird, durch die angezeigt wird, ob die ermittelte Kapazität beziehungsweise der Verlauf innerhalb eines Toleranzbereichs um die Referenzkapazität beziehungsweise den Referenzverlauf liegt. Im einfachsten Fall, wenn zwei Farben verwendet werden, gibt das Diagnosegerät einen leicht erkennbaren optischen Hinweis, ob der untersuchte Piezoaktor beziehungsweise die untersuchte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in Ordnung ist oder ob ein Fehler vorliegt. Die Handhabung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf diese Weise vereinfacht und die Diagnose beschleunigt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die angelegte Spannung während der Diagnose wenigstens in etwa einem solchen Verlauf entspricht, weiche im normalen Betrieb der Kraftstoff-Einspri zVorrichtung vorkommt. Ein typisches Beispiel hierfür ist, dass das Diagnosegerät an den Piezoaktor eine Spannung mit einem linear ansteigenden, einem konstanten, und einem linear abfallenden Abschnitt anlegt. In diesem Fall simuliert das Diagnosegerät, trotz stillstehender Brennkraftmaschine, eine reale Betriebssituation. Das Diagnoseergebnis ist in diesem Fall besonders aussagekräftig.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Diagnoseverfahrens. Damit diese Vorrichtung möglichst klein baut und preiswert hergestellt werden kann, wird vorgeschlagen, dass sie eine Kondensator-Ladeschaltung aufweist, welche die zur Ansteuerung des Piezoaktors erforderliche Energie bereitstellt.
Zur Ansteuerung von Piezoaktoren sind hohe Spannungen und vergleichsweise hohe Ströme nötig. Da zu einer Zustandsdiagnose des Piezoaktors keine fortlaufend wiederholte Ansteuerung des Piezoaktors erforderlich ist, sondern eine einmalige Ansteuerung innerhalb eines bestimmten Zeitraums ausreicht, bietet eine Kondensator- Ladeschaltung eine einfache, raumsparende und preiswerte Möglichkeit, die zur Ansteuerung des Piezoaktors erforderliche Energie bereitzustellen. Die Energie zur Aufladung des Kondensators der Kondensator-Ladeschaltuhg kann im Falle eines Kraftfahrzeugs beispielsweise von ' der 12 V-Autobatterie, von einem 230 V-Netzanschluss, oder beispielsweise auch von einer photovoltaischen Anlage bereitgestellt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kondensator- Ladeschaltung eine handelsübliche Schaltung ist, wie sie für Blitzgeräte oder ähnliches verwendet wird. In diesem Falle ist die Vorrichtung besonders preiswert..
Dabei ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine abgeschlossene Baueinheit bildet. Dies bedeutet, dass die Energieversorgung, die Signalaufbereitung, die optische oder akustische Anzeige, und eine Auswerteschaltung innerhalb eines kompakten Gehäuses angeordnet sind. Dies erleichtert die Handhabung nochmals . Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch erleichtert, dass sie eine Verbindungseinrichtung umfasst, welche zu einer Verbindungseinrichtung an der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung oder der Brennkraftmaschine komplementär ist. Zur Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung genügt es dann beispielsweise, einen fahrzeugseitigen Stecker von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung abzuziehen und stattdessen einen Stecker der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung mit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zu verbinden.
Vorgeschlagen wird auch, dass die Vorrichtung eine Schnittstelle für den Anschluss eines PC aufweist. Hierdurch können erforderlichenfalls weitere automatisierte Prüfungen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden, die auf dem PC programmiert sind. Auch die Auswertung des Diagnoseergebnisses kann auf diese Weise noch differenzierter erfolgen. Als PC wird vorteilhafterweise ein Notebook oder Tablet-PC verwendet.
Zeichnung Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung mit einem Piezoaktor, und eines Diagnosegeräts;
Figur 2 ein Diagramm, in dem eine Spannung und ein Strom, die an den Piezoaktor von Figur angelegt werden, über der Zeit aufgetragen sind; und
Figur 3 ein vereinfachtes und schematisches elektrisches Schaltbild des Diagnosegeräts von Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt des Bezugszeichen 10. Sie dient zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welches in Figur 1, ebenso wie die Brennkraftmaschine 10, nur durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist und welche das Bezugszeichen 12 trägt. Zu der Brennkraftmaschine 10 gehört ein KraftstoffSystem 14. Dieses umfasst einen Kraftstoffbehälter 16, aus dem eine Fördereinrichtung 18 den Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 20 fördert. Diese wird auch als "Rail" bezeichnet, und in ihr ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert.
An die Kraftstoff-Sammelleitung 20 sind mehrere Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 22 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff direkt in einen ihnen jeweils zugeordneten Brennraum 24 ein. Aus Darstellungsgründen sind nur eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 und ein Brennraum 24 gezeigt. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 umfasst ein in der Figur nicht sichtbares Ventilelement, welches je nach Stellung Kraftstoff-Austrittsöffnungen (nicht gezeigt) freigibt, durch die der Kraftstoff von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 in den Brennraum 24 gelangen kann. Die Stellung des Ventilelements wird von der aktuellen Länge eines Piezoaktor 26 beeinflusst. Diese ändert sich abhängig von der Ladung, die in ihn eingebracht wird. Hierzu ist der Piezoaktor 26 über eine der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 angebrachte Buchse 27 und einen Stecker 29 mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 28 verbunden.
Für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 ist eine korrekte Funktion des Piezoaktors 26 von zentraler Bedeutung. Nur wenn der Piezoaktor 26 korrekt arbeitet, wird von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 die gewünschte Menge an Kraftstoff in den Brennraum 24 eingespritzt. Das
Emissionsverhalten und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 10 hängen daher auch von der korrekten Funktion des Piezoaktors 26 ab.
Die Funktion des Piezoaktors 26 wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 von der Steuer- und Regeleinrichtung 28 immer wieder überwacht. Im Fehlerfalle erfolgt ein Eintrag in einen Fehlerspeicher der Steuer- und Regeleinrichtung 28 und/oder die Brennkraftmaschine 10 wird in einen Notbetrieb umgeschaltet oder sogar vollkommen stillgelegt. Die Einträge im Fehlerspeicher können beispielsweise in einer Werkstatt oder von einem mobilen Servicefahrzeug durch ein Diagnosegerät ausgelesen werden, welches an die Steuer- und Regeleinrichtung 28 angeschlossen wird. Ein solches Diagnosegerät ist jedoch groß und schwer und daher schlecht transportierbar. Darüber hinaus ist es aufgrund der aufwendiger. Elektronik vergleichsweise teuer. Um auch unterwegs, fernab von einer Werkstatt oder einem Ξervicefahrzeug, eine Zustandsdiagnose der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 und insbesondere des Piezoaktors 26 durchführen zu können, weist die Kraftstoff- Einsprit zvorrichtung 22 eine direkt mit dem Piezoaktor 26 verbundene Buchse 30 auf, in die ein Stecker 32 eines kleinen, transportablen Diagnosegeräts 34 eingesteckt werden kann. Der Stecker 32 ist mit dem Diagnosegerät 34 über ein Kabel 36 verbunden. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf die separate Buchse 30 verzichtet. Stattdessen wird der Stecker 29, mit dem die Steuer- und Regeleinrichtung 28 mit der Buchse 27 verbunden ist, aus dieser herausgezogen und der Stecker 32 des Diagnosegeräts 34 stattdessen in die Buchse 27 eingesteckt. Zur Diagnose des Piezoaktors 26 wird vom Diagnosegerät 34 an den Piezoaktor 26 ein Strom I angelegt und die sich am Kondensator ergebende Spannung U ermittelt. Die entsprechend der Kurve U ist in Figur 2 gezeigt. Man sieht, dass die am Piezoaktor 26 anliegende Spannung U im Normalfall zunächst einen linear ansteigenden Abschnitt, dann einen Abschnitt mit konstanter Spannung, und schließlich einen linear abfallenden Abschnitt aufweist. Dies entspricht in etwa der rampenförrnigen Ansteuerung des Piezoaktors 26 im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 10. Auch das maximal erreichte Spannungsniveau sowie die Steilheit der Flanken entspricht wenigstens in etwa einer üblichen Ansteuerung des Piezoaktors 26 während eines ' Einspritzvorgangs. Während des Anstiegs der Spannung U fließt ein konstanter Strom I (gestrichelte Linie in Figur 2). Durch die ansteigende Spannung ü wird eine Längenänderung des Piezoaktors 26 bewirkt, die im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 zu einer Einspritzung von Kraftstoff führen würde. Um Schäden durch die Diagnose von der Brennkraftmaschine 10 fernzuhalten, wird die Diagnose daher nur bei stillstehender Brennkraftmaschine 10 durchgeführt. Im Diagnosegerät 34 wird das Integral des geflossenen Stromes I über der Zeit t berechnet. Dieses Integral entspricht der Ladung Q, die in den Piezoaktor 26 eingebracht wurde. Wird die Ladung Q durch die Spannung U geteilt, erhält man die Kapazität C des Piezoaktors 26. Die Kapazität C des Piezoaktors 26 ist eine wichtige Kenngröße für den Funktionszustand des Piezoaktors 26. Kommt es beispielsweise zu einem Bruch des Piezoaktors 26, hat dies eine deutliche Änderung der Kapazität C zur Folge. Dies kann durch die Verwendung des Diagnosegeräts 34 erkannt werden. Im einfachsten Fall wir die ermittelte
Kapazität C als Zahlenwert vom Diagnosegerät 34 ausgegeben.
Der Benutzer kann dann anhand des Zahlenwerts selbst bewerten, ob der Piezoaktor 26 in Ordnung ist oder nicht.
Möglich ist aber auch, dass das Diagnosegerät in einer entsprechenden Auswertschaltung automatisch die erfasste
Kapazität mit einem oberen und einem unteren Grenzwert vergleicht .
Liegt die ermittelte Kapazität C in dem Bereich zwischen den beiden Grenzwerten, leuchtet am Diagnosegerät 34 eine grüne Lampe 38. Durch diese wird signalisiert, dass der Piezoaktor 26 in Ordnung ist. Liegt die ermittelte Kapazität C knapp neben einem der Grenzwerte, leuchtet am Diagnosegerät 34 eine gelbe Lampe 40, durch welcher signalisiert wird, dass der Piezoaktor 26 zwar nicht vollständig defekt zu sein scheint, dass er jedoch offenbar die Spezifikation nicht mehr voll erfüllt. Liegt die Kapazität C dagegen klar außerhalb des durch die beiden Grenzwerte definierten Bereichs, leuchtet am Diagnosegerät 34 eine rote Lampe 42, was dem Benutzer anzeigt, dass der Piezoaktor 26 defekt ist.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, baut das Diagnosegerät 34 sehr einfach, da für die Bereitstellung der Speisespannung und des Speisestroms, die für die Diagnose am Piezoaktor 26 angelegt werden bzw. fließen, eine handelübliche Kondensator-Ladeschaltung 44 verwendet wird. Möglich ist beispielsweise der Einsatz einer Kondensator-Ladeschaltung vom Typ LT3420 (Linear Technology Magazine, May 2002), die üblicherweise zur Bereitstellung der Auslöseenergie für Xenon-Blitzgeräte von Phötoapparaten verwendet wird und einen Kondensator mit einer Kapazität von 220 μF aufweist, der innerhalb von 3,5 s mit einer 5 V Eingangsspannung von 50 V auf 320 V geladen werden kann.
Da bei dem vorliegenden Diagnosegerät 34, anders als bei einem Blitzgerät eines Photoapparats, der Piezoaktor 26 jedoch nicht nur geladen, sondern auch wieder entladen werden muss, verfügt die in Figur 3 gezeigte elektrische Schaltung des Diagnosegeräts 34 nicht nur über ein getriggertes Ladesignal 46, sondern auch über einen Entladungskreis 48 für konstanten Strom. Die Steuerung des Lade- beziehungsweise Entladevorgangs erfolgt über einen Opterationsverstärker 50 sowie zwei Schmitt-Trigger 52 und 54. Um den Ablauf der Diagnose im Diagnosegerät 34 steuern zu können, ist in dieses ein Mikroprozessor mit einem A/D- Wandler integriert. Für den Anschluss an einen PC, insbesondere ein note book, verfügt das Diagnosegerät 34 auch über eine entsprechende Schnittstelle 56 (vgl. Figur 1) . Die in Figur 3 gezeigte Schaltung wird über die Klemmen 58 mit Strom versorgt. Möglich ist hierbei ein eingebauter Akku, Batterien, eine Verbindung mit einem Bcrdnetz des Kraftfahrzeugs 12, eine Verbindung mit einer 230 V- Metzspannung, oder eine Versorgung über einen photovoltaischen Wandler. Ein mit den Klemmen 58 verbundenere DC/DC-Wandler 60 stellt die Energie für Verstärkungskreisε oder beispielsweise die Anzeigen 38 bis 42 bereit.
Bei dem in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Diagnosegerät 34 gezeigt, welches an sich zur Diagnose einer in einem Kraftfahrzeug 12 verbauten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 dient. Grundsätzlich kann das vorgeschlagene Verfahren und das vorgeschlagene Diagnosegerät 34 aber auch beim Kraftfahrzeughersteller zur Eingangsprüfung der gelieferten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 verwendet werden, noch bevor diese in der Brennkraftmaschine 10 beziehungsweise dem Kraftfahrzeug 12 verbaut werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass schadhafte Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen 22 in eine Brennkraftmaschine 10 beziehungsweise ein Kraftfahrzeug 12 eingebaut werden.
Das Diagnosegerät 34 baut sehr kompakt und kann daher Bestandteil eines Bordwerkzeugs des Kraftfahrzeugs 12 sein. Es umfasst in einem gemeinsamen Gehäuse die Stromversorgung, alle Wandler, eine Auswerteschaltung, einen Steuer- und einen Anzeigeprozessor, sowie die
Anzeigen 38 bis 42, oder alternativ oder zusätzlich eine LCD-Anzeige, sowie das Anschlusskabel 36 und den Stecker 32.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Diagnose einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22), welche einen Piezoaktor (26) zur Betätigung eines Ventilelements aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) direkt mit einem Diagnosegerät (34) verbunden wird, dass durch das Diagnosegerät (34) an den Piezoaktor (26) eine bestimmte Spannung' (U) angelegt wird, und dass durch das Diagnosegerät (34) die in den Piezoaktor (26) eingeleitete Ladung (Q) und hieraus eine Kapazität (C) des Piezoaktors (26) ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosegerät (34) einen Verlauf der Kapazität (C) ermittelt .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosegerät (34) die ermittelte Kapazität (C) beziehungsweise den ermittelten Verlauf der Kapazität mit mindestens einer Referenzkapazität beziehungsweise einem Referenzverlauf vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs ein Signal erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basis des Signals eine optische Anzeige (38,
40, 42) mit mindestens zwei Farben angesteuert wird, durch die angezeigt wird, ob die ermittelte Kapazität (C) beziehungsweise der Verlauf innerhalb eines Toleranzbereichs um die Referenzkapazität beziehungsweise den Referenzverlauf liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Spannung (U) während der Diagnose wenigstens in etwa einer solchen Spannung (U) entspricht, welche im normalen Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) vorkommt.
6. Vorrichtung (34) zur Durchführung eines Diagnoseverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kondensator- Ladeschaltung (44) aufweist, welche die zur Ansteuerung des Piezoaktors (26) erforderliche Energie bereitstellt.
7. Vorrichtung (34) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Ladeschaltung eine handelsübliche Schaltung (44) ist, wie sie für Blitzgeräte oder ähnliches verwendet wird.
8. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine abgeschlossene Baueinheit bildet.
9. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbindungseinrichtung (32) umfasst, welche zu einer Verbindungseinrichtung (30) an der Kraftstoff- EinspritzVorrichtung (22) komplementär ist.
10. Vorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schnittstelle (56) für den Anschluss eines PC aufweist.
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