WO2008061994A1 - Verfahren zur lokalisierung eines fehlerorts innerhalb eines kraftstoffeinspritzsystems - Google Patents

Verfahren zur lokalisierung eines fehlerorts innerhalb eines kraftstoffeinspritzsystems Download PDF

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Robert Hoffmann
Hartmut Wolpert
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2086Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils with means for detecting circuit failures
    • F02D2041/2093Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils with means for detecting circuit failures detecting short circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for locating a fault location within a fuel injection system according to the features of the preamble of main claim 1.
  • Fuel injectors for operating an internal combustion engine have generally been known for many years.
  • the fuel supply into the respective combustion chamber of the internal combustion engine is effected by injectors, in particular by piezo injectors.
  • Injectors are usually controlled starting from a control unit via an electrical circuit (power amplifier) and regulated by software.
  • the electrical circuit and the microprocessor, on which the software runs, are usually components of the control unit, in particular an engine control unit.
  • errors may occur, e.g. a short circuit of a lead of an injector to the electrical ground or battery, which require the fastest possible separation of the electrical circuit from the injectors to protect them from thermal destruction.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that a method for locating a fault location is provided within an injection system. This is particularly advantageous since the exact smallest faulty unit that becomes known in the event of a fault becomes known through exact identification of the fault location, and therefore workshop costs can be saved. Furthermore, the vehicle availability is improved by identifying the fault location.
  • the internal combustion engine is controlled by suitable measures in a safe operation. Furthermore, an attempt is made to identify whether only one injector or one injector bank is defective. If an identification of the defective injector is not possible, the entire internal combustion engine must be switched off.
  • FIG. 1 shows a block diagram for locating the fault location within a fuel injection system
  • FIG. 2 shows a circuit for locating the fault location within a fuel injection system
  • FIG. 3 shows a current and voltage curve when a pulse is triggered by the control unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram for locating the fault location within a fuel injection system.
  • a control unit 3 which is connected with the interposition of a decoupling unit or separation unit 4 with a common connecting line of the injectors 5 'or 5''.
  • the selection of the injectors 5 'and 5'' takes place via a selection circuit 1, through which in each case an injector return line is fed back to the control unit 3 becomes.
  • a protective device 2 is provided which is connected on the input side to a common connection line and on the output side both to the separation unit 4 and to the selection unit 1.
  • a diagnostic function on the control unit 3 identifies a critical fault within the fuel injection system. It has proven to be particularly advantageous to use a software diagnostic function.
  • An identification of the critical error can be effected, for example, by the fact that activation of the protective device 2 occurring several times in succession is detected by the control unit 3. Based on the identification of the critical error, the control unit 3 is separated from the injectors 5 'and 5 ". The protective device 2 dissolves
  • the control unit 3 in each case sends a pulse and / or a series of pulses to the respectively to be considered injector 5 'or 5''.
  • this pulse must be selected such that the destruction of components in the control unit 3 is ruled out, and / or no injection takes place through the injectors 5 'and 5 ", and / or the separation unit 4 not activated.
  • the non-activation of the separation unit 4 ensures that the voltage and / or charge values measured at the injectors 5 'and 5 "can be used for fault localization.
  • the separation unit 4 is activated when the energy content of the pulse is too high and / or when the current gradient of the injector is too high due to the pulse.
  • the voltage values and / or charge values are determined at the injectors 5 'and 5 "selected via the selection unit 1.
  • a fault in the plug and / or in the wiring harness can be identified when the measuring device in the control unit 3 detects a voltage value and / or charge value at the injector 5 'or 5 "which is below a predetermined limit value.
  • An error in the injector 5 'and / or in the injector 5 " can then be identified if the ascertained voltage value and / or charge value is outside a predetermined limit range.
  • the control unit 3 In order to identify an error within the control unit 3, the control unit 3 must be separated from the injectors 5 'and 5 "via the separation unit 4.
  • the control unit 3 also triggers a pulse and / or a series of several pulses with a defined energy content and a defined time duration and sends it to a provided in the control unit 3, not shown in the drawing load. An error within the control unit 3 is identified when the measuring unit of the control unit 3 does not determine a voltage value and / or charge value on the load.
  • FIG. 2 shows a circuit for locating the fault location within a fuel injection system.
  • a voltage source 10 supplies an injector 60 with energy via a coil 50.
  • An injector 60 can be actuated via a switch 30 assigned to the selection unit.
  • the separation unit is designed here as an electrical switch 40 and serves to separate the control unit from the injector 60. With the help of the parallel to the voltage source 10 arranged switch 20 can be ensured that after a triggering a complete discharge of the injector 60 takes place.
  • the switches 20,30 and 40 of the circuit are coordinated so that no short circuit occurs in normal operation.
  • the separation unit 40 and the switch 30 of the selection unit are closed.
  • the on-control of the switches 20,30 and 40 is carried out by the control unit, which is not shown in the drawing.
  • FIG. 3 shows a current and voltage curve when a pulse is triggered by the control unit.
  • An injector is energized with the current signal i at time t ⁇ up to the time t1, based on the triggered pulse.
  • a voltage curve u can be determined in the time period t.sub. ⁇ to t.sub.2, wherein this time period may be longer than the time period t.sub.0 to t.sub.1 during the energization of the injector.
  • the height of the current signal i is chosen such that no injection of the injector takes place.
  • the current gradient is determined at the beginning of the energization, as it results significantly from the electrical properties of the injector. If this current gradient is too high, an interruption of the energizing / charging process is obtained by the separation unit.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems. Sobald ein kritischer Fehler durch die Diagnosefunktion erkannt wird, wird mittels einer Steuereinheit ein Puls oder eine Serie von Pulsen an die Injektoren ausgelöst. Durch Betrachten des Spannungswerts und/oder Ladungswerts am Injektor kann der Fehlerort innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems lokalisiert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Lokalisierung eines Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs 1.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die KraftstoffZuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Injektoren werden dabei in der Regel ausgehend von einer Steuereinheit über eine elektrische Schaltung (Endstufe) gesteuert und durch eine Software geregelt. Die elektrische Schaltung und der Mikroprozessor, auf dem die Software läuft, sind dabei in der Regel Bestandteile der Steuerein- heit, insbesondere eines Motorsteuergeräts. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine können Fehler auftreten, wie z.B. ein Kurzschluss einer Anschlussleitung eines Injektors zur elektrischen Masse oder Batterie, die eine schnellstmögliche Trennung der elektrischen Schaltung von den Injektoren erfordern, um diese vor thermischer Zerstörung zu schützen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei dem durch zusätzliche Bauteile auf der Steuereinheit versucht wird, den Fehlerort innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems möglichst exakt zu bestimmen.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren bereitzustellen, das ohne zusätzliche Bauteile für die Steuereinheit eine einfache und sichere Fehlerorterkennung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Verfahren zur Lokalisierung eines Fehlerorts innerhalb eines Einspritzsystems bereitgestellt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da durch eine genaue Identifikation des Fehlerorts die im Fehlerfall jeweils kleinste tauschbare Einheit bekannt wird, und daher Werkstattkosten gespart werden können. Weiterhin wird durch eine Identifikation des Fehlerorts die Fahrzeugverfügbarkeit verbessert. Bei der Identifikation eines elektrischen Fehlers durch eine Diagnoseeinheit wird die Brennkraftmaschine durch geeignete Maßnahmen in einen sicheren Betrieb geregelt. Weiterhin wird versucht zu identifizieren, ob nur ein Injektor oder eine Injektorbank defekt ist. Sollte dabei eine Identifikation des defekten Injektors nicht möglich sein, muss die gesamte Brennkraftmaschine abgeschaltet werden.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: ein Blockschaltbild zur Lokalisierung des Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems, Figur 2: einen Schaltkreis zur Lokalisierung des Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems,
Figur 3: einen Strom- und Spannungsverlauf bei Auslösung eines Pulses durch die Steuereinheit.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Lokalisierung des Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems .
Die Figur 1 zeigt eine Steuereinheit 3, die unter Zwischenschaltung einer Entkopplungseinheit bzw. Trenneinheit 4 mit einer gemeinsamen Anschlussleitung der Injektoren 5' oder 5'' verbunden ist. Die Auswahl der Injektoren 5' und 5'' erfolgt dabei über eine Auswahlschaltung 1, durch die jeweils eine Injektor-Rückleitung an die Steuereinheit 3 zurückgeführt wird. Ferner ist eine Schutzeinrichtung 2 vorgesehen, die eingangsseitig mit einer gemeinsamen Anschlussleitung und ausgangsseitig sowohl mit der Trenneinheit 4 als auch mit der Auswahleinheit 1 verbunden ist.
Durch eine Diagnosefunktion auf der Steuereinheit 3 wird ein kritischer Fehler innerhalb des Kraftstoffeinspitzsystems i- dentifiziert . Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, eine Software-Diagnosefunktion zu verwenden. Eine I- dentifikation des kritischen Fehlers kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine mehrmals hintereinander auftretende Aktivierung der Schutzeinrichtung 2 durch die Steuereinheit 3 erkannt wird. Basierend auf der Identifikation des kritischen Fehlers erfolgt eine Trennung der Steuereinheit 3 von den In- jektoren 5' und 5' ' . Die Schutzeinrichtung 2 löst dabei ein
Signal sowohl an die elektrische Schaltung der Trenneinheit 4 als auch an die Auswahleinheit 1 aus, welche eine Trennung der Steuereinheit 3 von den Injektoren 5' und 5'' dadurch bewirkt, dass in der Trenneinheit 4 der Stromkreis der elektri- sehen Schaltung unterbrochen wird. Durch ein schnelles Trennen der Steuereinheit 3 mittels der Trenneinheit 4, von den Injektoren 5' und 5'' können aber, da die im Stromkreis der elektrischen Schaltung vorhandene Spule noch Strom führt, Spannungsspitzen innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems auftreten, die es für die Software fast unmöglich macht, den aufgetretenen Fehler zu lokalisieren. Es ist daher nur möglich festzustellen, dass ein schwerwiegender Fehler aufgetreten ist, nicht aber, welches Fehlersymptom vorliegt, z.B. Kurschluss nach Masse oder Batterie oder an der gemeinsamen Injektoranschlussleitung oder an der Auswahlleitung.
Anschließend sendet die Steuereinheit 3 jeweils einen Puls und/oder eine Serie von Pulsen an den jeweils zu betrachtenden Injektor 5' oder 5'' . Dieser Puls muss dabei bezüglich seiner Energiehöhe und seiner Zeitdauer derart gewählt werden, dass die Zerstörung von Bauteilen in der Steuereinheit 3 ausgeschlossen ist, und/oder keine Einspritzung durch die Injektoren 5' und 5'' erfolgt, und/oder die Trenneinheit 4 nicht aktiviert wird. Durch die Nichtaktivierung der Trenneinheit 4 wird sichergestellt, dass die an den Injektoren 5' und 5' ' gemessenen Spannungs- und/oder Ladungswerte für eine Fehlerortlokalisierung verwendet werden können. Dabei erfolgt eine Aktivierung der Trenneinheit 4 bei einem zu hohen Energiegehalt des Pulses und/oder einem zu hohen Stromgradienten bei der Bestromung des Injektors infolge des Pulses. Mittels einer Messeinrichtung in der Steuereinheit 3 werden die Spannungswerte und/oder Ladungswerte an den über die Auswahlein- heit 1 ausgewählten Injektoren 5' und 5'' ermittelt.
Innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems kann ein Fehler im Stecker und/oder im Kabelbaum identifiziert werden, wenn die Messeinrichtung in der Steuereinheit 3 einen Spannungswert und/oder Ladungswert am Injektor 5' oder 5'' detektiert, der sich unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts befindet. Ein Fehler im Injektor 5' und/oder im Injektor 5'' kann dann i- dentifiziert werden, wenn der ermittelte Spannungswert und/oder Ladungswert sich außerhalb eines vorgegebenen Grenz- bereichs befindet. Um einen Fehler innerhalb der Steuereinheit 3 zu identifizieren, muss die Steuereinheit 3 über die Trenneinheit 4 von den Injektoren 5' und 5'' getrennt werden. Die Steuereinheit 3 löst dabei ebenfalls einen Puls und/oder eine Serie von mehreren Pulsen mit definiertem Energiegehalt und definierter Zeitdauer aus und sendet diesen an eine sich in der Steuereinheit 3 vorgesehene, in der Zeichnung nicht dargestellte Last. Ein Fehler innerhalb der Steuereinheit 3 wird dann identifiziert, wenn die Messeinheit der Steuereinheit 3 keinen Spannungswert und/oder Ladungswert auf der Last ermittelt.
Figur 2 zeigt einen Schaltkreis zur Lokalisierung des Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems . Eine Spannungsquelle 10 versorgt dabei einen Injektor 60 über eine Spule 50 mit Energie. Über einen der Auswahleinheit zugeordneten Schalter 30 kann ein Injektor 60 angesteuert werden. Die Trenneinheit ist hier als elektrischer Schalter 40 ausgebildet und dient zur Trennung der Steuereinheit vom Injektor 60. Mit Hilfe des parallel zur Spannungsquelle 10 angeordneten Schalters 20 kann sichergestellt werden, dass nach einer Ansteuerung eine vollständige Entladung des Injektors 60 erfolgt. Die Schalter 20,30 und 40 des Schaltkreises sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass kein Kurzschluss im Normalbetrieb auftritt.
Bei einer Aufladung des Injektors 60 ist die Trenneinheit 40 und der Schalter 30 der Auswahleinheit geschlossen. Die An- Steuerung der Schalter 20,30 und 40 erfolgt dabei durch die Steuereinheit, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Figur 3 zeigt einen Strom- und Spannungsverlauf bei Auslösung eines Pulses durch die Steuereinheit. Ein Injektor wird dabei zum Zeitpunkt tθ bis zum Zeitpunkt tl, basierend auf dem ausgelösten Puls, mit dem Stromsignal i bestromt. Dabei lässt sich ein Spannungsverlauf u im Zeitraum tθ bis t2 ermitteln, wobei dieser Zeitraum länger sein kann, als der Zeitraum tθ bis tl bei der Bestromung des Injektors. Die Höhe des Strom- signals i ist dabei derart gewählt, dass keine Einspritzung des Injektors erfolgt. Weiterhin wird der Stromgradient zu Beginn der Bestromung ermittelt, da er sich maßgeblich aus den elektrischen Eigenschaften des Injektors ergibt. Ist dieser Stromgradient zu hoch, wird durch die Trenneinheit ein Unterbrechen des Bestromungs-/Ladungsvorgangs erwirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Lokalisierung eines Fehlerorts innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems bestehend aus einer Steuer- einheit, die Injektoren, insbesondere Piezoinjektoren, ansteuert, aus einer Diagnoseeinheit zum Erkennen eines Defekts innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems, aus einer Messeinheit zur Ermittlung von Spannungsgrößen und/oder Ladungsgrößen und mit einer Trenneinheit zum Trennen der Steuereinheit von den Injektoren, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems durch die Diagnoseeinheit erkannten Defekts, mindestens ein durch die Steuereinheit in seinem Energiegehalt und seiner Dauer definierter Puls an jeden Injektor gesendet wird, dass ein defekter In- jektor dadurch identifiziert wird, dass ein durch die Messeinheit am Injektor ermittelter Spannungswert und/oder Ladungswert sich außerhalb eines vorgegebenen Grenzbereichs befindet, und dass ein Defekt an Anschlusskomponenten und/oder Leitungskomponenten dadurch identifiziert wird, dass der am Injektor ermittelte Spannungswert und/oder Ladungswert einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler in der Steuereinheit dadurch erkannt wird, dass diese mittels der Trenneinheit von den Injektoren abgetrennt, und mindestens ein Puls an eine auf der Steuereinheit befindliche Last gesendet wird, und wenn kein Spannungswert und/oder Ladungswert an der Last ermittelt werden kann, ein Fehler identifiziert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiegehalt und die Dauer des Pulses derart gewählt werden, dass durch den Puls Bauteile in der Steuereinheit nicht zerstört werden, und/oder die Trenneinheit nicht aktiviert wird und/oder auch keine Einspritzung erfolgt.
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