WO2015022058A1 - Verfahren zur injektorindividuellen diagnose einer kraftstoff-einspritzeinrichtung und brennkraftmaschine mit einer kraftstoff-einspritzeinrichtung - Google Patents

Verfahren zur injektorindividuellen diagnose einer kraftstoff-einspritzeinrichtung und brennkraftmaschine mit einer kraftstoff-einspritzeinrichtung Download PDF

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WO2015022058A1
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injector
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pressure
injection
error
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PCT/EP2014/002126
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Michael Walder
Andreas Mehr
Frank Schwanz
Alexander Bernhard
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • F02D2200/0618—Actual fuel injection timing or delay, e.g. determined from fuel pressure drop

Definitions

  • the invention relates to a method for injector-specific diagnosis of a fuel injection device of an internal combustion engine according to claim 1 and an internal combustion engine according to the preamble of claim 9.
  • Pre-injection and / or post-injection can be controlled and / or regulated accordingly.
  • so far no possibility is known to implement in a simple and reliable way an injector-individual diagnosis in the sense of a so-called on-board diagnosis for the individual injectors of an internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide a method which a
  • the object is achieved by providing a method with the steps of claim 1.
  • a pressure profile in a single memory of an injector is detected time-resolved.
  • the recorded pressure profile is evaluated.
  • Based on the detected and evaluated pressure curve is determined whether an error condition of the injector is present in the region of the injector.
  • the error condition is identified on the basis of the recorded and evaluated pressure curve.
  • Pressure curve in the individual memory is preferably by a in the range of
  • Single memory arranged pressure sensor in particular by means of a strain sensor, measured time-resolved.
  • the pressure signal measured directly at the respective injector can be unambiguously assigned to the injector, in particular since no interference frequencies of other injectors or other cylinders of the individual memory are present on the pressure signal of the individual memory
  • Injektor intimidation of the signal superfluous. However, it is possible to perform such filtering and / or calibration.
  • Filtering is performed to work with a smoothed signal. This facilitates, in particular, the determination of injection times from the pressure signal which will be explained below.
  • a method is preferred which is characterized in that the pressure profile in the individual memory is recorded in a time-resolved manner synchronized with an energization of the injector.
  • the pressure profile is preferably detected simultaneously or overlapping with the energization of the injector.
  • the synchronization of the pressure detection with the Injektorbestromung provides certain that the detected pressure profile can be clearly assigned to an injection event, for example a pre-injection, a main injection or a post-injection.
  • the synchronization ensures that the pressure profile is detected when an injection event is actually to take place, so that in particular it is not necessary to detect the pressure profile permanently. As a result, the amount of data to be detected can be reduced and the process can be simplified.
  • the detected pressure profile is assigned to an injection event, for example a pre-injection, a main injection or a post-injection.
  • an injection event for example a pre-injection, a main injection or a post-injection.
  • Control unit which both the energization of the injectors and the detection of
  • Controlling pressure curves generates a time signal, wherein both the detected pressure curves and the injection events time values are assigned by the control unit. On the basis of these time values, it is then readily possible to record individual pressure profiles
  • An injection end determined from the pressure curve must lie temporally after the end of the current supply by the control unit.
  • Start of injection and a stored in the control unit Sollspritzbeginn may not be greater than a predeterminable, thus parametrierbares maximum.
  • it may be added that the time interval between the injection end detected from the pressure curve and a desired injection end deposited in the control unit may not be greater than a predeterminable maximum.
  • a method is also preferred which is distinguished by the fact that it is checked whether the injector is energized.
  • the control unit causes energization of the injector, but no voltage or no current arrives at this. For example, you can Cable may be damaged or loosened.
  • the control unit itself has a defect, as a result of which it does not actuate the injector correctly, and thus does not correctly cause the current supply to the injector.
  • at least one energization value of the energization of the injector is detected and used for determining an error state and / or for identifying the error state. For example, a voltage or a current can be detected as an energizing value, these values changing in a characteristic manner when the current of the injector is correctly energized, so that the injector current can be detected.
  • a correct energization of the injector is determined when the detected Bestromungswert exceeds or falls below a predetermined threshold. It depends on the exceeding or falling below the
  • predetermined threshold in particular, which sign of the
  • the magnitude of the current value can be compared with a threshold value at the time of the injector current, wherein a correct current is preferably determined when the magnitude of the current value exceeds a predetermined threshold value. In another embodiment of the method, it is also possible to check whether the detected
  • Bestromungswert lies in a predetermined interval. This is a correct
  • a method is also preferred, which is characterized in that a fault condition is detected and identified as a missing injection when the injector is energized, wherein no pressure drop is detected in the pressure curve.
  • the evaluation of the detected pressure curve includes in this case so that it is checked whether a pressure drop is detectable. Namely, if a correct injection occurs when the injector is energized, the pressure in the individual memory breaks during the injection. If the injector does not supply such a pressure drop correctly, it will be used as part of the
  • an error condition is identified as missing injection only if, in addition, an operating point-dependent predefined setpoint volume of fuel to be injected by the control unit is greater than a predetermined minimum value.
  • the approach is based on the idea that below a certain, to be injected nominal volume no reliable detection of the pressure drop by evaluating the
  • the predetermined minimum value can not be definitely determined whether the injection was actually omitted, or whether only the actually performed injection was not correctly detected. Therefore, in the context of the identification of the error state, it is preferably always checked whether the setpoint volume specified by the injection control unit exceeds the predetermined minimum value. If this is the case, and also no pressure drop is detected in the pressure curve, it can be safely assumed that there is an error condition that can be identified as missing injection.
  • an error condition is detected and identified as incorrect injection when the injector is not energized, wherein a pressure drop in the
  • a fault condition is detected and identified as Congressnbegrenzungsventil- error of the injector associated Mengenbegrenzungsventils when a characteristic overshoot is detected in the pressure curve.
  • Pressure course preferably also includes that the curve - preferably the filtered pressure curve - on characteristic features such as the characteristic elevation, which is also referred to as the opening wave is examined. If such an opening wave is detected, it is concluded in the context of the method that the
  • an error condition is detected and identified as a continuous injection when a permanent pressure drop is detected.
  • the pressure curve has an initially continuously decreasing and later constant low profile, because the injector is permanently open to the cylinder, so that no more high pressure can build up in the individual memory.
  • Such continuous injection indicates a twofold error, namely on the one hand a defective quantity limiting valve, which does not prevent a steady outflow of fuel from the individual memory, and on the other hand to a faulty injector, which is permanently arranged in an open state and no longer closes.
  • an error state is determined and identified as an invalid injection if an injection time determined from the detected pressure profile lies outside a predetermined validity range.
  • an injection start is determined as the injection time from the detected pressure curve during the evaluation.
  • At least one injection time characteristic map is preferably stored for at least one desired injection time, in which values for the desired injection time are stored, depending on a rail pressure of the injection system detected by means of a rail pressure sensor.
  • Validity maps are now preferably used in the context of the method, in which - preferably depending on the railtik -, so depending on a pressure in a
  • a first validity map is preferably a comparatively wider
  • Scope of validity deposited This is also referred to as an unskilled range of validity and finds particular application when a new injector is used in the internal combustion engine.
  • a method for the correction of the start of injection is implemented, which enters correction values for a start of energization of the injector in a learning map.
  • the control unit detects characteristic
  • a learning progress is preferably detected, and a currently valid validity range for the start of injection is defined more closely around the desired injection start with increasing learning progress.
  • An error state is always detected when the injection start determined from the detected pressure curve is outside the currently applicable validity range.
  • Range of validity can in turn be increased if a short-term drift of the injector occurs.
  • the currently valid validity range is preferably dependent on the learning progress between the stored in the first validity map, unskilled scope and a stored in a second validity map, narrower, learned
  • Scope varies.
  • the learning progress is measured by means of a learning progress counter, which is incremented when the start of injection within the learned
  • Scope is. A maximum for the learning progress counter is preferred provided, upon reaching this is not further incremented, wherein the currently valid scope coincides with the learned validity range when the Lemfortuzes counter has its maximum value. In contrast, the current valid scope coincides with the unskilled scope when the
  • Lemfort intimids counter has the value zero. Between these limits, the valid range of validity currently "breathes" depending on the current value of the progress timer counter
  • the timer progress counter is preferably decremented by a predeterminable, thus parameterizable value after a predetermined time, for example one hour of operation Lem progress counter in one
  • the start of injection is within the unskilled validity range, but outside the learned validity range.
  • the first validity counter is incremented.
  • the start of injection is also within the learned range, the first validity counter is decremented again.
  • a predeterminable maximum is provided wherein the progress counter is decremented so that the current valid scope is increased if that maximum is increased by the first
  • Each injector is therefore assigned its own validity ranges and its own validity counters as well as progress counters
  • Validity ranges for the injection times are set as dependent on the rail pressure, whereby they are defined in
  • an error state is detected and identified as a level error if the detected pressure curve undershoots or exceeds predetermined level limits.
  • the pressure profile is filtered before it is checked in the evaluation, whether predetermined level limits are exceeded or exceeded by the then filtered pressure curve.
  • the filtering serves to smooth the pressure curve and to avoid distortion of the error detection by possible outliers in the pressure curve.
  • the comparison of the pressure curve with the predetermined level limits in the context of the evaluation serves to ensure that a maximum, predetermined pressure and a minimum predetermined pressure are not undershot or exceeded, or at least not permanently exceeded or exceeded.
  • an error condition is detected and identified as a noise error when noise of the detected pressure profile exceeds a predetermined threshold.
  • a noise band analysis of the detected pressure signal is preferably carried out in the context of the evaluation in order to detect quantitatively the noise superimposed on the signal.
  • An error condition is detected when the noise becomes too large in the sense that it exceeds the predetermined threshold.
  • the noise band analysis is based on the unfiltered pressure curve.
  • a defect of the injector is identified when one of the previously mentioned error conditions is detected once.
  • first the various error conditions are merely registered, whereby only a defect is detected when they occur more frequently. It is very possible that such a
  • Error condition equal to a measure is taken, which is suitable for the correction of a defect.
  • a method is preferable which is characterized in that a failure of the fuel injector is identified when an error state counter exceeds a predetermined maximum value, and the error state counter is incremented when an error condition is detected.
  • each error state is preferably assigned a separate error state counter. wherein each error state counter is in turn assigned a separate, predetermined maximum value. For example, a missing injection counter is incremented when a missing injection is identified as an error condition. The same applies accordingly to the other error conditions.
  • a counter is preferably assigned to each injector for each error state, wherein the maximum values predetermined for the individual error states are preferably the same for all injectors.
  • the predetermined maximum values are preferably chosen such that a defect of the fuel injection device, in particular a defect of the injector or a component associated therewith, for example that assigned to the injector
  • Exceeds maximum value for example, a probability can be defined with which a corresponding accumulation is no longer random.
  • a second validity counter is provided, which is incremented when the determined one
  • Injection time is outside the current valid range.
  • the counter is preferably decremented if the determined injection time lies within this validity range.
  • the currently valid scope of validity itself is within the framework of the method between the learned and the unskilled
  • Scope varies depending on the learning progress of the control of the injector.
  • the error status counter assigned to the individual error states is preferably incremented when an error condition is detected and identified.
  • the individual error state counters are decremented if, during an injection event, no corresponding error state is detected and identified. This allows the counters to be reset if no error condition occurs over an extended period of time. In this case, the probability is high that the one-time or at least rarely occurring error state is a random fluctuation. When decrementing, however, negative values are preferably avoided. An error state counter having the value zero is thus preferably not further decremented if no error state associated with the counter occurs.
  • a defect is therefore preferably identified only if a corresponding
  • a method is preferred in which a defect of the fuel injection device, in this case specifically of the injector, is identified when a correction value determined for the activation of the injector exceeds a predetermined learning limit.
  • the control unit determines injector-individual correction values for triggering the injectors in order to keep the actual values realized by the injectors, in particular the start of injection, the duration of injection and / or the end of injection, as close as possible to the injectors
  • correction values are stored in correction maps, in particular for a start of energization and a lighting period, operating point-dependent and injector-individual correction values which are used for triggering. If an injector wears out, this can lead to an ever greater correction in the control, so that the corresponding correction values in the maps associated with the injector grow. Accordingly, for the correction values preferably defines learning limits, beyond which wear and / or defect of the injector is present.
  • two learning limits are preferably specified for each correction value, namely a first, hard learning limit and a second, soft learning limit.
  • a warning is preferably output, which should in particular indicate to an operator of the internal combustion engine that wear or failure of an injector is taking place. If the first, hard learning limit is exceeded, the operation of the internal combustion engine is preferably stopped because its safe and / or damage-free operation is no longer guaranteed.
  • the first learning limit is preferably as a map as a function of a desired fuel quantity to be injected, in particular a desired volume to be injected, and a
  • the second learning limit is preferably stored as a percentage of the value stored for the first learning limit.
  • the first learning limit in a three-dimensional map depending on the target amount and the injection start pressure, in particular the rail pressure, deposited, wherein the second learning limit is stored as a one-dimensional value, namely as a percentage.
  • Correction values of the energization duration of the injectors are stored. If one of these correction values exceeds the predetermined learning limits, a defect or wear of the affected injector can be assumed.
  • a method is also preferred, which is characterized in that a pressure sensor is used for detecting the pressure profile, of which at least one operating value is detected. This may be, for example, a sensor current or a sensor voltage.
  • An error in the pressure sensor is preferably identified when the at least one operating value exceeds or falls below a predetermined threshold. Alternatively or additionally, an error in the pressure sensor is identified when the at least one operating value is outside a predetermined validity interval. Alternatively or additionally, it is possible to identify an error in the pressure sensor, if
  • predetermined level limits are exceeded or fallen below by the sensor signal.
  • Threshold exceeds.
  • a strain gauge or a strain sensor is preferably used, which is arranged on the individual memory or the injector such that it can detect the pressure in the individual memory. By detecting the at least one operating value of the pressure sensor, it is also possible in particular to determine whether there is a broken cable, a defective sensor cable or a detached sensor cable.
  • the affected injector If a fault of the pressure sensor is detected, it is no longer possible to control the affected injector on the basis of the individually determined measured values. It is therefore in this case in the context of the method preferably the affected injector with the average value of all other functioning injectors driven and / or corrected. Preferably, a predetermined maximum value is specified, which indicates how many pressure sensors the
  • Internal combustion engine may be defective before such an average correction is no longer possible. If the number of pressure sensors detected as defective exceeds this limit
  • the control based on the individual storage pressure profile for all injectors is shut down and switched to a control based on generalized assumptions about the injector aging. Such measures are known to those skilled in the art, so that will not be discussed in detail.
  • a method is also preferred which is characterized in that it is applied to all injectors of the internal combustion engine. It is therefore preferred not only individual injectors of the internal combustion engine monitored by the method on fault conditions and / or defects, but all the injectors, which has the internal combustion engine or the fuel injection device of the internal combustion engine. In the event of an error condition, the faulty injector is preferably identified, which is readily possible via the allocation of the pressure profile, by means of which the fault condition has been determined, to the affected injector.
  • a method is also preferred which is characterized in that it is carried out permanently during the operation of the internal combustion engine. In this case, all injectors of the internal combustion engine are particularly preferably continuously on during operation
  • the method is carried out at predetermined time intervals.
  • the injectors of the internal combustion engine are not permanently and continuously monitored, but it is checked only at certain times or at predetermined intervals, if there are fault conditions and / or defects in the area of the fuel injection device. If appropriate, this can be sufficient for a safe and damage-free operation of the internal combustion engine, whereby computing time and computing power can be saved if the method is not performed permanently.
  • the object is also solved by an internal combustion engine with the characteristics of
  • the internal combustion engine has a fuel injection device, which comprises at least one injector.
  • the at least one injector has one
  • the internal combustion engine is characterized by a pressure sensor, which is designed and arranged such that the pressure in the individual memory can be detected by means of the pressure sensor.
  • a control device is provided, which is set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments. In doing so, the advantages that have already been explained in connection with the method are realized.
  • the fuel injection device preferably has a common high-pressure accumulator for all injectors, namely a so-called common rail.
  • the fuel injection device is preferably designed as a common rail injection device.
  • the individual memories additionally assigned to the injectors effect a decoupling of the individual accumulator pressure from the rail pressure, so that error states associated with the injectors can be more reliably detected via the detection of the individual accumulator pressure profile because the pressure profile in a single individual accumulator is influenced at most to a slight extent by pressure gradients in other individual accumulators , Furthermore, pressure fluctuations in the individual memories continue only to a small extent in the common high-pressure accumulator, so that the latter essentially has a constant high pressure over time, namely the rail pressure.
  • the control unit is preferably designed as an engine control unit for the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine on the one hand can have an engine control unit for controlling and, on the other hand, a separate control device for carrying out the method.
  • the control unit and the engine control unit are preferably connected to one another via at least one interface so that they can exchange data.
  • the pressure sensor is preferably designed as a strain sensor or as a strain gauge and particularly preferably arranged directly in the region of the single memory.
  • control unit is operatively connected to the pressure sensor to record the pressure data detected by this and / or to be able to control the pressure sensor. It is possible that an operative connection via at least one cable and / or a wireless operative connection is provided.
  • the control device preferably has a detection means for the time-resolved detection of a pressure profile measured with the aid of the pressure sensor. Furthermore, the control unit comprises an evaluation means for evaluating the detected pressure profile.
  • the evaluation means preferably comprises in particular means for determining at least one injection time, in particular a start of injection and an injection end, wherein the means are preferably designed for carrying out a method for determining a
  • the evaluation means preferably comprises means for detecting a pressure drop in the pressure curve, means for detecting a characteristic elevation in the pressure profile, means for detecting a permanent pressure drop, filter means for filtering the detected pressure profile, means for determining whether the detected pressure profile predetermines Level limits below or exceeds, and / or means to perform a noise band analysis of the detected pressure profile.
  • control device has a locking means, which is designed to determine on the basis of the detected and evaluated pressure curve, whether a fault condition of the injector is present in the region of the injector.
  • control unit includes the control unit an identification means with which the error state can be identified on the basis of the detected and evaluated pressure profile.
  • the locking means and the identifying means comprise means for locking a
  • Identify injection detect a fault condition and identify as a level error, and / or determine an error condition and as a noise error
  • the controller further preferably includes injector identification means for individually associating a detected and identified error condition with an injector.
  • control unit preferably comprises means for identifying a defect of the fuel injection device when an error state counter exceeds a predetermined maximum value, or if a value determined for the activation of the injector
  • Correction value exceeds a predetermined learning limit.
  • the method is stored in the control unit in a hardware-based manner.
  • a computeogram product to be loaded into the controller, which includes instructions for performing a method according to any of the above-described embodiments when the computational product is stored on the computer
  • Control unit is running.
  • a data carrier is preferred on which such
  • Data carrier is a control device in which deposits a corresponding computer program product, or in which a corresponding Compute ⁇ rogrammeck.
  • an internal combustion engine is preferred, which is characterized in that the fuel injection device comprises a plurality of injectors and a common
  • High-pressure accumulator for supplying the plurality of injectors with fuel.
  • a fuel injection is designed as a common rail injection device.
  • the method is particularly advantageous to a
  • Internal combustion engine with a plurality of injectors applicable because fault conditions and / or defects can be determined injector-individual and assigned to the faulty injector.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine.
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mining vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a first error condition
  • Figure 3 is a schematic representation of a second error condition
  • Figure 4 is a schematic representation of a third error condition
  • Figure 5 is a schematic representation of a definition of certain scope for
  • Figure 6 is a schematic representation of the definition of predetermined level limits in
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1.
  • This has a fuel injection device 3 which comprises a plurality of injectors, of which only one injector 5 is shown here for the sake of simplified illustration.
  • the injector 5 has an individual memory 7.
  • a quantity limiting valve not shown here, which is provided downstream of the individual accumulator 7, is preferably also integrated into the injector 5, which prevents the metering of an excessively high quantity of inflowing material into a cylinder of the internal combustion engine 1 assigned to the injector 5.
  • a pressure sensor 9 is provided, which is arranged here on the injector 5 such that the pressure in the individual memory 7 can be detected by means of the pressure sensor 9.
  • control unit 11 is provided, which is operatively connected to the pressure sensor 9 for detecting the pressure in the individual memory 7.
  • the control unit 11 has a detection means 13 for the time-resolved detection of a pressure profile, which is measured by means of the pressure sensor 9.
  • control unit 11 has an evaluation means 15 for evaluating the detected pressure profile, wherein it also has a locking means 17, which is designed for
  • the control device 11 Determining based on the detected and evaluated pressure curve, whether an error condition of the injector 3 in the region of the injector 5 is present.
  • the control device 11 also includes an identification means 19 with which the error state can be identified on the basis of the detected and evaluated pressure profile.
  • the fuel injection device 3 comprises in the illustrated embodiment, a common high-pressure accumulator 21, which also serves as a common bar or common rail is referred to, and which is in fluid communication with the injectors 5, so that they are supplied from the high-pressure accumulator 21 with fuel.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first error state which can be detected and identified within the scope of the method.
  • FIG. 2 shows a diagram in which a pressure curve D detected for an individual memory of an injector is plotted as a solid curve against a time axis labeled t. It can be on the time axis, a real time in physical time units or quasi an intrinsic time of
  • Brerinkxaftmaschine be removed in units of an instantaneous angle of the crankshaft (° CA). Shown is an injection event, in which the pressure curve in the individual memory shows a pressure drop due to an injection. Also shown in FIG. 2 is the dot-dash line of the course of a current value B, which may be a current or a voltage that is detected for the injector. The fault state shown in FIG. 2 corresponds to an incorrect injection in which the injector is not energized, which is indicated by the constant course of the energization value B. Nevertheless, a pressure drop takes place in the individual memory, which can be read on the pressure curve D. Such incorrect injection can occur, for example, due to a defective pilot valve or by a short circuit to ground.
  • FIG. 3 shows an analogous schematic representation of a second fault condition which is identified as a missing injection. This shows that the pressure curve D shows no pressure drop, although the course of the current value B indicates that the injector was energized. Accordingly, there is an error in which the injector does not open despite correct activation.
  • FIG. 4 shows a pressure curve D plotted against a time axis labeled with t for an error state which is identified as a continuous injection.
  • a permanent pressure drop occurs in the individual memory, because permanently a fluid connection between the individual memory and a cylinder assigned to the injector
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the determination of an invalid injection.
  • the pressure curve D is plotted against the time axis denoted by t.
  • target injection timing namely a desired injection start SB and a desired injection end SE.
  • Corresponding values are preferably stored in maps, particularly preferably depending at least on the rail pressure, particularly preferably on the rail pressure and a desired fuel quantity to be injected.
  • predetermined validity ranges are preferably stored, which are particularly preferably likewise stored as characteristic maps, in particular as a function of the rail pressure. This is explained below for the sake of simpler illustration only for the desired injection start SB. However, the same explanations also apply to the desired injection end SE as well.
  • Scope namely, a first, unskilled range A u , which is drawn here between two dash-dotted vertical lines, and a second, learned
  • Scope A g which is smaller than the unskilled scope A u , with its limits within the limits of the unskilled scope A u .
  • the boundaries of the second, learned validity range A g are here represented by dotted vertical lines.
  • Scope determines whose boundaries are between the limits of the unskilled
  • Scope is adapted to a learning progress of the considered injector.
  • Determining and identifying an invalid injection first the full, unskilled scope A u applied. It turns out that as the progress of the learning progresses, by adjusting the correction values in the corresponding correction maps of the controller to the new injector, the actual acquired measurement values for the start of injection come closer to the target injection start SB.
  • This learning progress is preferably detected by means of a learning progress counter, which is incremented when the determined start of injection is within the learned validity range A g . After a certain time, for example, an operating hour of the internal combustion engine, the Learning progress counter again reduced by a predetermined value, preferably both the time and the predetermined value can be parameterized.
  • the learning progress counter is inserted between the learned validity area A g and the
  • Unlearned scope A u interpolates, so that the currently valid scope always minimally has the limits of the learned scope A g and at most the limits of the unskilled range A u .
  • Invalid injection will always be detected if the established start of injection is outside the current valid range.
  • Scope can be extended if a momentary fluctuation of the
  • a first validity counter is preferably provided, which is incremented if the determined start of injection lies within the limits of the unskilled validity range A u and outside the limits of the learned validity range A g . If this first validity counter exceeds a predetermined maximum, the
  • the learning progress counter is preferably decremented, and the current one
  • the first validity counter is preferred
  • Scope A g is.
  • the first validity counter preferably assumes a minimum value of zero, so that no negative counter values are formed.
  • Fig. 6 shows a schematic and diagrammatic representation for determining
  • a first, predetermined upper level limit PI and a second, lower predetermined level limit P2 are set for the pressure curve, wherein the pressure curve D should run within the level limits PI, P2 at correctly operating injector.
  • a filtered and / or average ter pressure curve D of the consideration is used, which is indicated in Figure 6 by the solid, smooth curve. This curve lies completely within the level limits PI, P2, so that no level error is detected.
  • the consideration is based on the unfiltered pressure curve, which here in some areas at the beginning of
  • Curve D by a sectioned reproduced, unfiltered curve D u indicated is.
  • a tip of the unfiltered curve D u projects beyond the upper level limit PI, so that in this case an error condition is detected and identified as a level error.
  • the unfiltered signal of the pressure sensor is compared with its own filter result, ie the signal after filtering, with a
  • Deviation of the unfiltered signal from the filtered signal is determined to

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff- Einspritzeinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs (D) in einem Einzelspeicher (7) eines Injektors (5); Auswerten des erfassten Druckverlaufs (D); Feststellen, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (3) im Bereich des Injektors (5) vorliegt anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), und Identifizieren des Fehlerzustands anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D).

Description

MTU Friedrichshafen GmbH
BESCHREIBUNG Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung und Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff- Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 002 793 AI ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, im Rahmen dessen ein Druck in einem Einzelspeicher eines Injektors erfasst wird. Dieser Druck wird der Steuerung der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Ablauf einer Haupteinspritzung mithilfe der Einzelspeicherdruckmessung gesteuert und/oder geregelt wird. Auch der Ablauf einer
Voreinspritzung und/oder einer Nacheinspritzung sind entsprechend Steuer- und/oder regelbar. Demgegenüber ist bisher keine Möglichkeit bekannt, auf einfache und zuverlässige Weise eine injektorindividuelle Diagnose im Sinne einer sogenannten On-Board-Diagnose für die einzelnen Injektoren einer Brennkraftmaschine zu implementieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine
injektorindividuelle Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine auf einfache und zuverlässige Art ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Druckverlauf in einem Einzelspeicher eines Injektors zeitaufgelöst erfasst. Der erfasste Druckverlauf wird ausgewertet. Anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs wird festgestellt, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung im Bereich des Injektors vorliegt. Der Fehlerzustand wird anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifiziert. Mithilfe des Verfahrens ist es insbesondere auch während eines Betriebs der Brennkraftmaschine ohne weiteres möglich, injektorindividuell Fehlerzustände bis hin zu Defekten der einzelnen Injektoren zu erkennen, zu identifizieren und den einzelnen Injektoren zuzuordnen. Mithilfe der Einzelspeicherdruckanalyse können Rückschlüsse auf das Injektorverhalten gezogen werden. Somit wird ein Fehlverhalten des Einspritzsystems sicher und zuverlässig erkannt, wobei einzelne Injektoren oder ihnen zugeordnete Einrichtungen als Fehlerquellen identifiziert werden können. Es ist dann möglich, die Fehler durch definierte Maßnahmen zu beheben. Dabei ist es nicht nötig, zunächst jeden einzelnen Injektor aufwendig zu untersuchen, sondern ein auftretender Fehlerzustand ist mittels On-Board-Diagnose identifizierbar und dem fehlerhaften Teil zuordenbar. Somit wird insbesondere auch eine zeitaufwändige und teure Fehlersuche seitens eines Kundendienstes vermieden. Der
Druckverlauf in dem Einzelspeicher wird vorzugsweise durch einen im Bereich des
Einzelspeichers angeordneten Drucksensor, insbesondere mithilfe eines Dehnungssensors, zeitaufgelöst gemessen. Das unmittelbar an dem jeweiligen Injektor gemessene Drucksignal ist eindeutig dem Injektor zuordenbar, insbesondere da auf dem Drucksignal des Einzelspeichers keine Störfrequenzen anderer Injektoren beziehungsweise anderer Zylinder der
Brennkraftmaschine vorliegen oder nur in vernachlässigbarem Umfang vorhanden sind. Somit wird eine Filterung und/oder Kalibrierung des erfassten Druckverlaufs jedenfalls zur
injektorindividuellen Separierung des Signals überflüssig. Gleichwohl ist es möglich, eine solche Filterung und/oder Kalibrierung durchzuführen.
Im Rahmen der Auswertung des erfassten Druckverlaufs wird allerdings bevorzugt eine
Filterung durchgeführt, um mit einem geglätteten Signal arbeiten zu können. Dies erleichtert insbesondere die im Folgenden noch erläuterte Ermittlung von Spritzzeitpunkten aus dem Drucksignal.
Im Rahmen der Feststellung, ob ein Fehlerzustand vorliegt, wird anhand vorherbestimmter Kriterien ermittelt, ob der einzelne, betrachtete Injektor fehlerfrei arbeitet, oder ob eine Störung vorliegt. Wird ein Fehlerzustand festgestellt, ist es ohne weiteres möglich, diesen zu
identifizieren, sodass auch festgestellt wird, welcher Fehler vorliegt. Die Zuordnung des Fehlers zu dem individuellen Injektor ist ohne weiteres über die Zuordnung des gemessenen
Drucksignals zu dem entsprechenden Einzelspeicher möglich.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Druckverlauf in dem Einzelspeicher synchronisiert mit einer Bestromung des Injektors zeitaufgelöst erfasst wird. Dabei wird der Druckverlauf vorzugsweise gleichzeitig oder überlappend mit der Bestromung des Injektors erfasst. Die Synchronisierung der Druckerfassung mit der Injektorbestromung stellt sicher, dass der erfasste Druckverlauf eindeutig einem Einspritzereignis, beispielsweise einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung oder einer Nacheinspritzung zugeordnet werden kann. Zudem gewährleistet die Synchronisierung, dass der Druckverlauf dann erfasst wird, wenn tatsächlich ein Einspritzereignis stattfinden soll, sodass es insbesondere nicht nötig ist, den Druckverlauf dauerhaft zu erfassen. Hierdurch kann die zu erfassende Datenmenge reduziert und das Verfahren vereinfacht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der erfasste Druckverlauf einem Einspritzereignis, beispielsweise einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung oder einer Nacheinspritzung zugeordnet wird. Eine entsprechende Zuordnung ist beispielsweise möglich, indem ein
Steuergerät, welches sowohl die Bestromung der Injektoren als auch die Erfassung der
Druckverläufe steuert, ein Zeitsignal erzeugt, wobei sowohl den erfassten Druckverläufen als auch den Einspritzereignissen Zeitwerte durch das Steuergerät zugeordnet werden. Anhand dieser Zeitwerte ist es dann ohne weiteres möglich, erfasste Druckverläufe einzelnen
Einspritzereignissen zuzuordnen. Dabei werden vorzugsweise bestimmte Kriterien beachtet, um eine fehlerfreie Zuordnung zu gewährleisten. Beispielsweise muss ein aus dem erfassten
Druckverlauf ermittelter Spritzbeginn zeitlich nach einem durch das Steuergerät vorgegebenen Bestromungsbeginn liegen. Ein aus dem Druckverlauf ermitteltes Spritzende muss zeitlich nach dem durch das Steuergerät vorgegebenen Bestromungsende liegen. Als weiterer Parameter kann hinzukommen, dass der zeitliche Abstand zwischen dem aus dem Druckverlauf ermittelten
Spritzbeginn und einem in dem Steuergerät hinterlegten Sollspritzbeginn nicht größer sein darf als ein vorherbestimmbares, mithin parametrierbares Maximum. Als weiteres Kriterium kann hinzutreten, dass der zeitliche Abstand zwischen dem aus dem Druckverlauf erfassten Spritzende und einem in dem Steuergerät hinterlegten Sollspritzende nicht größer sein darf als ein vorherbestimmbares Maximum.
Insgesamt ist es also möglich, mithilfe des Verfahrens eine Diagnose der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung für beliebige Einspritzereignisse, insbesondere für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung oder eine Nacheinspritzung zu verwenden. Dabei ist stets eine genaue Zuordnung der erfassten Druckverläufe zu den einzelnen Einspritzereignissen möglich.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, das geprüft wird, ob der Injektor bestromt wird. Es ist möglich, dass das Steuergerät zwar eine Bestromung des Injektors veranlasst, an diesem jedoch keine Spannung oder kein Strom ankommt. Beispielsweise können Kabel beschädigt oder gelöst sein. Auch ist es möglich, dass das Steuergerät selbst einen Defekt aufweist, wodurch es den Injektor nicht richtig ansteuert, mithin die Bestromung des Injektors nicht korrekt veranlasst. Bevorzugt wird mindestens ein Bestromungswert der Bestromung des Injektors erfasst und für das Feststellen eines Fehlerzustands und/oder für das Identifizieren des Fehlerzustands herangezogen. Als Bestromungswert kann beispielsweise eine Spannung oder ein Strom erfasst werden, wobei sich diese Werte bei einer korrekten Bestromung des Injektors in charakteristischer Weise ändern, sodass die Injektorbestromung festgestellt werden kann.
Dabei wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens eine korrekte Bestromung des Injektors festgestellt, wenn der erfasste Bestromungswert einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet. Dabei hängt das Über- oder Unterschreiten des
vorherbestimmten Schwellenwerts insbesondere davon ab, welches Vorzeichen der
Bestromungswert aufweist beziehungsweise welches Vorzeichen die Änderung des
Bestromungswerts bei der Bestromung des Injektors aufweist. Es ist auch möglich, dass der Betrag des Bestromungswerts zum Zeitpunkt der Injektorbestromung mit einem Schwellenwert verglichen wird, wobei bevorzugt eine korrekte Bestromung festgestellt wird, wenn der Betrag des Bestromungswerts einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, das geprüft wird, ob der erfasste
Bestromungswert in einem vorherbestimmten Intervall liegt. Dabei wird eine korrekte
Bestromung festgestellt, wenn der erfasste Bestromungswert in dem vorherbestimmten Intervall liegt, während eine fehlerhafte Bestromung oder eine ausbleibende Bestromung festgestellt wird, wenn der Bestromungswert außerhalb des Intervalls liegt.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Fehlerzustand festgestellt und als fehlende Einspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor bestromt wird, wobei kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt wird. Die Auswertung des erfassten Druckverlaufs schließt in diesem Fall also ein, dass geprüft wird, ob ein Druckeinbruch feststellbar ist. Erfolgt nämlich eine korrekte Einspritzung, wenn der Injektor bestromt wird, bricht der Druck in dem Einzelspeicher während der Einspritzung ein. Kommt es bei korrekter Bestromung des Injektors nicht zu einem solchen Druckeinbruch, wird im Rahmen des
Verfahrens davon ausgegangen, dass trotz korrekter Bestromung des Injektors keine
Einspritzung stattgefunden hat. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass eine als Ventilglied dienende Injektornadel klemmt und sich daher nicht aus ihrem Sitz löst, wenn der Injektor bestromt wird. Vorzugsweise wird ein Fehlerzustand nur dann als fehlende Einspritzung identifiziert, wenn zusätzlich ein von dem Steuergerät betriebspunktabhängig vorgegebenes, einzuspritzendes Sollvolumen an Kraftstoff größer ist als ein vorherbestimmter Minimalwert. Dieser
Vorgehensweise liegt der Gedanke zugrunde, dass unterhalb eines bestimmten, einzuspritzenden Sollvolumens keine sichere Erkennung des Druckeinbruchs durch Auswertung des
Druckverlaufs in dem Einzelspeicher möglich ist. Es kann daher in diesem Fall bei
Unterschreitung des vorherbestimmten Minimalwerts nicht definitiv festgestellt werden, ob tatsächlich die Einspritzung unterblieben ist, oder ob lediglich die tatsächlich durchgeführte Einspritzung nicht korrekt erkannt wurde. Daher wird im Rahmen der Identifikation des Fehlerzustands bevorzugt stets geprüft, ob das durch das Steuergerät für die Einspritzung vorgegebene Sollvolumen den vorherbestimmten Minimalwert überschreitet. Ist dies der Fall, und wird außerdem kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt, kann sicher davon ausgegangen werden, dass ein Fehlerzustand vorliegt, der als fehlende Einspritzung identifiziert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Fehleinspritzung identifiziert, wenn der Injektor nicht bestromt wird, wobei ein Druckeinbruch in dem
Druckverlauf festgestellt wird. Hier liegt demnach der umgekehrte Fall zu dem zuvor diskutierten Fall vor, wobei der Injektor gerade nicht korrekt bestromt wird, gleichwohl jedoch ein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt wird, mithin eine Injektion von Kraftstoff in den Zylinder stattfindet. Eine solche Fehleinspritzung ohne Bestromung des Injektors kann beispielsweise auftreten, wenn ein die Injektoröffnung steuerndes Pilotventil hängenbleibt, oder sich in der Ansteuerung des Injektors ein Kurzschluss gegen Masse ergibt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Mengenbegrenzungsventil- Fehler eines dem Injektor zugeordneten Mengenbegrenzungsventils identifiziert, wenn in dem Druckverlauf eine charakteristische Überhöhung festgestellt wird. Die Auswertung des
Druckverlaufs schließt bevorzugt demnach auch ein, dass der Kurvenverlauf - vorzugsweise der gefilterte Druckverlauf - auf charakteristische Merkmale wie beispielsweise die charakteristische Überhöhung, die auch als Öffnungswelle bezeichnet wird, untersucht wird. Wird eine solche Öffnungswelle detektiert, wird im Rahmen des Verfahrens darauf geschlossen, dass das
Mengenbegrenzungsventil, welches dem Injektor zugeordnet ist und eine Überdosierung von Kraftstoff in den dem Injektor zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine verhindern soll, einen Fehlerzustand aufweist.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Dauereinspritzung identifiziert, wenn ein dauerhafter Druckeinbruch erkannt wird. Der Druckverlauf weist dabei einen zunächst kontinuierlich sinkenden und später konstant niedrigen Verlauf auf, weil der Injektor dauerhaft zu dem Zylinder hin offen ist, sodass sich kein Hochdruck mehr in dem Einzelspeicher aufbauen kann. Eine solche Dauereinspritzung weist auf einen zweifachen Fehler hin, nämlich einerseits auf ein defektes Mengenbegrenzungsventil, welches einen stetigen Abfluss von Kraftstoff aus dem Einzelspeicher nicht verhindert, und andererseits auf einen fehlerhaften Injektor, der dauerhaft in einem offenen Zustand angeordnet ist und nicht mehr schließt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als ungültige Einspritzung identifiziert, wenn ein aus dem erfassten Druckverlauf ermittelter Spritzzeitpunkt außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsbereichs liegt. Dabei wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens als Spritzzeitpunkt aus dem erfassten Druckverlauf im Rahmen der Auswertung ein Spritzbeginn ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Ausführungsform des
Verfahrens aus dem Druckverlauf im Rahmen der Auswertung ein Spritzende als Spritzzeitpunkt ermittelt. Es ist im Rahmen des Verfahrens möglich, für den Spritzbeginn und/oder für das Spritzende Gültigkeitsbereiche zu definieren, in denen die Spritzzeitpunkte jeweils liegen müssen.
Wie aus einem erfassten Einzelspeicherdruck ein Spritzbeginn und ein Spritzende im Rahmen einer Auswertung ermittelt werden können, geht beispielsweise aus der deutschen
Offenlegungsschrift DE 10 2009 056 381 AI hervor.
In dem Steuergerät ist bevorzugt mindestens ein Spritzzeitpunkt-Kennfeld für mindestens einen Soll-Spritzzeitpunkt hinterlegt, in dem - abhängig von einem mithilfe eines Raildrucksensors erfassten Raildruck des Einspritzsystems - Werte für den Soll-Spritzzeitpunkt gespeichert sind.
Es werden nun im Rahmen des Verfahrens bevorzugt Gültigkeitskennfelder verwendet, in denen - vorzugsweise raildruckabhängig -, also abhängig von einem Druck in einem
Hochdruckspeicher der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, Gültigkeitsbereiche für die Spritzzeitpunkte hinterlegt sind, die - vorzugsweise symmetrische - Invervalle um die Soll- Spritzzeitpunkte definieren. Dies wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit für den Spritzbeginn als ausgewähltem Spritzzeitpunkt erläutert, gilt aber genauso auch für das Spritzende oder einen anderen Spritzzeitpunkt:
In einem ersten Gültigkeitskennfeld ist vorzugsweise ein vergleichsweise breiter
Gültigkeitsbereich hinterlegt. Dieser wird auch als ungelernter Gültigkeitsbereich bezeichnet und findet insbesondere dann Anwendung wenn ein neuer Injektor in der Brennkraftmaschine verwendet wird. In dem Steuergerät ist ein Verfahren zur Korrektur des Spritzbeginns implementiert, welches Korrekturwerte für einen Bestromungsbeginn des Injektors in ein Lernkennfeld einträgt. Im Laufe des Betriebs erfasst das Steuergerät charakteristische
Abweichungen des Injektors und lernt über die Einträge in dem Lernkennfeld diesen so anzusteuern, dass der tatsächliche Spritzbeginn immer näher an den Sollspritzbeginn heran verlagert wird. Dabei wird im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens vorzugsweise ein Lernfortschritt erfasst, und ein momentan geltender Gültigkeitsbereich für den Spritzbeginn wird mit steigendem Lernfortschritt enger um den Sollspritzbeginn herum definiert. Ein Fehlerzustand wird dabei stets dann erkannt, wenn der aus dem erfassten Druckverlauf ermittelte Spritzbeginn außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Insgesamt wird dabei bei einem neuen Injektor eine größere Schwankungsbreite für den Spritzbeginn akzeptiert, als bei einem über längere Zeit betriebenen Injektor, für den das Steuergerät bereits eine passende Ansteuerung gelernt hat.
Es ist allerdings möglich, dass auch bei einem an sich nicht defekten Injektor kurzfristige Schwankungen auftreten, die nicht sofort zur Feststellung eines Defekts führen sollen. Daher ist vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass der momentan geltende
Gültigkeitsbereich wiederum vergrößert werden kann, wenn eine kurzfristige Drift des Injektors auftritt.
Der momentan geltende Gültigkeitsbereich wird bevorzugt abhängig von dem Lernfortschritt zwischen dem in dem ersten Gültigkeitskennfeld hinterlegten, ungelernten Gültigkeitsbereich und einem in einem zweiten Gültigkeitskennfeld hinterlegten, engeren, gelernten
Gültigkeitsbereich, variiert. Dabei wird der Lernfortschritt mithilfe eines Lemfortschritts-Zählers gemessen, der inkrementiert wird, wenn der Spritzbeginn innerhalb des gelernten
Gültigkeitsbereichs liegt. Bevorzugt ist ein Maximum für den Lemfortschritts-Zähler vorgesehen, bei dessen Erreichen dieser nicht weiter inkrementiert wird, wobei der momentan geltende Gültigkeitsbereich mit dem gelernten Gültigkeitsbereich zusammenfällt, wenn der Lemfortschritts-Zähler seinen Maximalwert aufweist. Dagegen fällt der momentan geltende Gültigkeitsbereich mit dem ungelernten Gültigkeitsbereich zusammen, wenn der
Lemfortschritts-Zähler den Wert Null aufweist. Zwischen diesen Grenzen„atmet" der momentan geltende Gültigkeitsbereich abhängig von dem momentanen Wert des Lemfortschritts-Zählers. Der Lemfortschritts-Zähler wird bevorzugt nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeit, beispielsweise einer Betriebsstunde, um einen vorherbestimmbaren, mithin parametrierbaren Wert dekrementiert. Vorzugsweise wird der Wert des Lemfortschritts-Zählers in einem
Lernkennfeld hinterlegt, welches Werte für den Lemfortschritts-Zähler abhängig von einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Raildruck speichert.
Zum Abfangen kurzfristiger Drifts wird vorzugsweise mit einem ersten Gültigkeits-Zähler erfasst, ob der Spritzbeginn zwar innerhalb des ungelernten Gültigkeitsbereichs, jedoch außerhalb des gelernten Gültigkeitsbereichs, liegt. In diesem Fall wird der erste Gültigkeits- Zähler inkrementiert. Liegt der Spritzbeginn dagegen auch innerhalb des gelernten Bereichs wird der erste Gültigkeits-Zähler wieder dekrementiert. Es ist ein vorherbestimmbares Maximum vorgesehen, wobei der Lemfortschritts-Zähler dekrementiert wird, sodass der momentan geltende Gültigkeitsbereich vergrößert wird, wenn dieses Maximum durch den ersten
Gültigkeits-Zähler überschritten wird.
Es wird hervorgehoben, dass die hier dargestellten Gültigkeitsbereiche und Zähler
injektorindividuell vorgesehen werden. Jedem Injektor sind also eigene Gültigkeitsbereiche und eigene Gültigkeits-Zähler sowie Lemfortschritts-Zähler zugeordnet, sodass eine
injektorindividuelle Erfassung möglich ist. Weiterhin werden insbesondere die
Gültigkeitsbereiche für die Spritzzeitpunkte raildruckabhängig festgelegt, wobei sie in
Gültigkeits-Kennfeldern abhängig von dem Raildruck hinterlegt sind.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Pegelfehler identifiziert, wenn der erfasste Druckverlauf vorherbestimmte Pegelgrenzen unter- oder überschreitet.
Vorzugsweise wird der Druckverlauf gefiltert, bevor im Rahmen der Auswertung geprüft wird, ob vorherbestimmte Pegelgrenzen durch den dann gefilterten Druckverlauf unter- oder überschritten werden. Die Filterung dient dabei dazu, den Druckverlauf zu glätten und eine Verzerrung der Fehlererkennung durch eventuelle Ausreißer in dem Druckverlauf zu vermeiden. Der Vergleich des Druckverlaufs mit den vorherbestimmten Pegelgrenzen im Rahmen der Auswertung dient dazu sicherzustellen, dass ein maximaler, vorherbestimmter Druck sowie ein minimaler vorherbestimmter Druck nicht unter- beziehungsweise überschritten, beziehungsweise jedenfalls nicht dauerhaft unter- oder überschritten werden.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Rausch-Fehler identifiziert, wenn ein Rauschen des erfassten Druckverlaufs einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Hierzu wird im Rahmen der Auswertung vorzugsweise eine Rauschband-Analyse des erfassten Drucksignals durchgeführt, um das dem Signal überlagerte Rauschen quantitativ zu erfassen. Dabei wird ein Fehlerzustand festgestellt, wenn das Rauschen zu groß in dem Sinne wird, das es den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Vorzugsweise wird der Rauschband-Analyse der ungefilterte Druckverlauf zugrunde gelegt. Es ist im Rahmen der Rauschband-Analyse insbesondere möglich, eine frequenzabhängige oder integrale Intensität des Rauschens zu ermitteln. Dabei ist es möglich, die Rauschintensität mit wenigstens einem frequenzabhängigen Schwellwert, mit verschiedenen, frequenzabhängigen Schwellwerten oder mit einem globalen, integralen Schwellwert zu vergleichen.
Es ist möglich, dass im Rahmen des Verfahrens ein Defekt des Injektors identifiziert wird, wenn einer der zuvor angesprochenen Fehlerzustände einmalig festgestellt wird. Es wird allerdings bevorzugt, dass im Rahmen einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens zunächst die verschiedenen Fehlerzustände lediglich registriert werden, wobei erst ein Defekt festgestellt wird, wenn diese vermehrt auftreten. Es ist nämlich sehr wohl möglich, dass ein solcher
Fehlerzustand aufgrund einer kurzfristigen Schwankung im Betriebsverhalten des
Einspritzsystems auftritt, ohne dass deswegen tatsächlich ein Defekt vorliegt. Es ist daher sinnvoll, unnötige Maßnahmen zur Behebung eines Defekts, beispielsweise einen unnötigen Injektortausch zu vermeiden, indem nicht unmittelbar nach jeder Registrierung eines
Fehlerzustands gleich eine Maßnahme getroffen wird, die zur Behebung eines Defekts geeignet ist. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung identifiziert wird, wenn ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, wobei der Fehlerzustands-Zähler inkrementiert wird, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist bevorzugt jedem Fehlerzustand ein eigener Fehlerzustands-Zähler zugeordnet, wobei jedem Fehlerzustands-Zähler wiederum ein eigener, vorherbestimmter Maximalwert zugeordnet ist. Beispielsweise wird ein Zähler für fehlende Einspritzungen inkrementiert, wenn eine fehlende Einspritzung als Fehlerzustand identifiziert wird. Das Gleiche gilt entsprechend auch für die anderen Fehlerzustände.
Dabei wird bevorzugt jedem Injektor für jeden Fehlerzustand jeweils ein Zähler zugeordnet, wobei die für die einzelnen Fehlerzustände vorherbestimmten Maximalwerte vorzugsweise für alle Injektoren gleich sind. Es ist aber auch möglich, Maximalwerte zu bestimmen, die sich nicht nur in Hinblick auf die einzelnen Fehlerzustände, sondern auch in Hinblick auf die einzelnen Inj ektoren unterscheiden.
Die vorherbestimmten Maximalwerte werden bevorzugt derart gewählt, dass von einem Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, insbesondere von einem Defekt des Injektors oder einer ihm zugeordneten Komponente, beispielsweise des dem Injektor zugeordneten
Mengenbegrenzungsventils, ausgegangen werden kann, wenn der dem Zähler zugeordnete Fehlerzustand mit einer Häufigkeit aufgetreten ist, deren Betrag den vorherbestimmten
Maximalwert überschreitet. Zur Bestimmung des Maximalwerts kann beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit definiert werden, mit der eine entsprechende Häufung nicht mehr zufallig ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist für den Fehlerzustand einer ungültigen Einspritzung ein zweiter Gültigkeits-Zähler vorgesehen, der inkrementiert wird, wenn der ermittelte
Spritzzeitpunkt außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Bevorzugt wird der Zähler dekrementiert, wenn der ermittelte Spritzzeitpunkt innerhalb dieses Gültigkeitsbereichs liegt. Dabei wird - wie oben bereits beschrieben - der momentan geltende Gültigkeitsbereich selbst im Rahmen des Verfahrens zwischen dem gelernten und dem ungelernten
Gültigkeitsbereich je nach Lernfortschritt der Ansteuerung des Injektors variiert.
Wie bereits beschrieben, werden dabei kurzfristige Drifts abgefangen, indem sie mittels des ersten Gültigkeits-Zählers erfasst werden, woraufhin der Lernfortschritts-Zähler dekrementiert werden kann. Durch diese Zurücknahme des Lernfortschritts wird vermieden, dass der zweite Gültigkeits-Zähler bereits bei kurzfristigen Drifts eines Injektors den ihm zugeordneten
Maximalwert überschreitet, sodass zu früh ein Defekt des Injektors erkannt wird. Durch die Vergrößerung des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs fallen nämlich wiederum auch bei kurzfristigem Drift eine größere Zahl erfasster Spritzzeitpunkte in den momentan geltenden Gültigkeitsbereich, sodass der zweite Gültigkeits-Zähler nicht inkrementiert wird. Verteilen sich die ermittelten Spritzzeitpunkte wieder enger um den Sollspritzzeitpunkt, wird auch der
Lernfortschritt wieder inkrementiert, und der momentan geltende Gültigkeitsbereich wird verkleinert. Dadurch gewinnt das Verfahren wiederum an Sensitivität in Hinblick auf eine Fehlererkennung.
Bevorzugt werden im Rahmen des Verfahrens die den einzelnen Fehlerzuständen zugeordneten Fehlerzustands-Zähler inkrementiert, wenn ein Fehlerzustand festgestellt und identifiziert wird. Bevorzugt werden die einzelnen Fehlerzustands-Zähler dekrementiert, wenn im Rahmen eines Einspritzereignisses kein entsprechender Fehlerzustand festgestellt und identifiziert wird. Dies ermöglicht ein Zurücksetzen der Zähler, falls über einen längeren Zeitraum kein Fehlerzustand auftritt. In diesem Fall ist nämlich die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es sich bei dem einmalig oder zumindest selten aufgetretenen Fehlerzustand um eine zufällige Schwankung handelt. Beim Dekrementieren werden allerdings negative Werte vorzugsweise vermieden. Ein Fehlerzustands- Zähler, der den Wert Null aufweist, wird also bevorzugt nicht weiter dekrementiert, wenn kein dem Zähler zugeordneter Fehlerzustand auftritt.
Ein Defekt wird demnach bevorzugt nur dann identifiziert, wenn ein entsprechender
Fehlerzustand mit einer gewissen, durch den vorherbestimmten Maximalwert für den
Fehlerzustands-Zähler vorgegebenen Häufigkeit auftritt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem ein Defekt der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung, hier konkret des Injektors, identifiziert wird, wenn ein für die Ansteuerung des Injektors ermittelter Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet. Wie bereits angedeutet, ermittelt das Steuergerät injektorindividuelle Korrekturwerte zur Ansteuerung der Injektoren, um die tatsächlich durch die Injektoren realisierten Werte wie insbesondere den Spritzbeginn, die Spritzdauer und/oder das Spritzende, möglichst nah an die in
betriebspunktabhängigen Kennfeldern hinterlegten Sollwerte heranzubringen. Hierzu werden in Korrekturkennfeldern, insbesondere für einen Bestromungsbeginn und eine Bestromungsdauer, betriebspunktabhängig und injektorindividuell Korrekturwerte hinterlegt, die zur Ansteuerung herangezogen werden. Verschleißt ein Injektor, kann dies dazu führen, dass eine immer größere Korrektur in der Ansteuerung nötig wird, sodass die entsprechenden Korrekturwerte in den dem Injektor zugeordneten Kennfeldern wachsen. Dementsprechend sind für die Korrekturwerte bevorzugt Lerngrenzen definiert, bei deren Überschreiten ein Verschleiß und/oder Defekt des Injektors vorliegt.
Dabei werden bevorzugt für jeden Korrekturwert zwei Lerngrenzen vorgegeben, nämlich eine erste, harte Lerngrenze und eine zweite, weiche Lerngrenze. Bei Überschreiten der zweiten Lerngrenze wird bevorzugt eine Warnung ausgegeben, die insbesondere eine Bedienperson der Brennkraftmaschine daraufhinweisen soll, dass sich ein Verschleiß oder Defekt eines Injektors anbahnt. Wird die erste, harte Lerngrenze überschritten, wird vorzugsweise der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt, weil deren sicheres und/oder beschädigungsfreies Betreiben nicht mehr gewährleistet ist.
Die erste Lerngrenze ist vorzugsweise als Kennfeld in Abhängigkeit von einer einzuspritzenden Kraftstoff-Sollmenge, insbesondere einem einzuspritzenden Sollvolumen, und einem
Spritzbeginndruck, insbesondere einem Raildruck, hinterlegt. Die zweite Lerngrenze ist vorzugsweise als Prozentsatz des für die erste Lerngrenze hinterlegten Werts hinterlegt. Insoweit ist vorzugsweise die erste Lerngrenze in einem dreidimensionalen Kennfeld abhängig von der Sollmenge und dem Spritzbeginndruck, insbesondere dem Raildruck, hinterlegt, wobei die zweite Lerngrenze als eindimensionaler Wert, nämlich als Prozentsatz, hinterlegt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind jeweils eine erste und eine zweite Lerngrenze für die Korrekturwerte des Bestromungsbeginns der Injektoren und für die
Korrekturwerte der Bestromungsdauer der Injektoren hinterlegt. Überschreitet einer dieser Korrekturwerte die vorherbestimmten Lerngrenzen, kann von einem Defekt oder Verschleiß des betroffenen Injektors ausgegangen werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zur Erfassung des Druckverlaufs ein Drucksensor verwendet wird, von dem mindestens ein Betriebswert erfasst wird. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Sensorstrom oder um eine Sensorspannung handeln. Es wird vorzugsweise ein Fehler in dem Drucksensor identifiziert, wenn der mindestens eine Betriebswert einen vorherbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehler in dem Drucksensor identifiziert, wenn der mindestens eine Betriebswert außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsintervalls liegt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Fehler in dem Drucksensor zu identifizieren, wenn
vorherbestimmte Pegelgrenzen durch das Sensorsignal über- oder unterschritten werden. Weiter alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Rauschbandanalyse auf das Sensorsignal anzuwenden, um einen Fehler in dem Drucksensor zu identifizieren, wenn die ermittelte Intensität des Rauschens - frequenzabhängig oder integriert - einen vorherbestimmten
Schwellenwert überschreitet.
Als Drucksensor wird vorzugsweise ein Dehnmessstreifen oder ein Dehnungssensor verwendet, der an dem Einzelspeicher oder dem Injektor derart angeordnet ist, dass der den Druck in dem Einzelspeicher erfassen kann. Über die Erfassung des mindestens einen Betriebswerts des Drucksensors ist es insbesondere auch möglich festzustellen, ob ein Kabelbruch, ein defektes Sensorkabel oder ein gelöstes Sensorkabel vorliegt.
Wird ein Fehler des Drucksensors erkannt, ist es nicht mehr möglich, den betroffenen Injektor auf der Grundlage der für ihn individuell bestimmten Messwerte anzusteuern. Es wird daher in diesem Fall im Rahmen des Verfahrens bevorzugt der betroffene Injektor mit dem Mittelwert aller anderen, funktionsfähigen Injektoren angesteuert und/oder korrigiert. Bevorzugt ist ein vorherbestimmter Maximalwert vorgegeben, der angibt, wie viele Drucksensoren der
Brennkraftmaschine defekt sein können, bevor eine solche Mittelwertskorrektur nicht mehr möglich ist. Überschreitet die Anzahl der als defekt erkannten Drucksensoren diesen
vorherbestimmten Maximalwert, wird die auf dem Einzelspeicher-Druckverlauf basierende Ansteuerung für alle Injektoren heruntergefahren und auf eine Ansteuerung basierend auf pauschalierten Annahmen über die Injektoralterung umgestellt. Solche Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es auf alle Injektoren der Brennkraftmaschine angewendet wird. Es werden also bevorzugt nicht lediglich einzelne Injektoren der Brennkraftmaschine mithilfe des Verfahrens auf Fehlerzustände und/oder Defekte überwacht, sondern alle Injektoren, welche die Brennkraftmaschine beziehungsweise die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine aufweist. Bei einem Fehlerzustand wird vorzugsweise der fehlerhafte Injektor identifiziert, was ohne weiteres über die Zuordnung des Druckverlaufs, anhand dessen der Fehlerzustand festgestellt wurde, zu dem betroffenen Injektor möglich ist. Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es während des Betriebs der Brennkraftmaschine dauerhaft durchgeführt wird. Besonders bevorzugt werden dabei alle Injektoren der Brennkraftmaschine während des Betriebs kontinuierlich auf
Fehlerzustände und/oder Defekte überwacht.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren in vorherbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird. In diesem Fall werden die Injektoren der Brennkraftmaschine nicht dauerhaft und kontinuierlich überwacht, sondern es wird nur zu bestimmten Zeiten oder in vorherbestimmten Zeitabständen geprüft, ob Fehlerzustände und/oder Defekte im Bereich der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung vorliegen. Dies kann gegebenenfalls für einen sicheren und beschädigungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichend sein, wobei Rechenzeit und Rechenleistung eingespart werden können, wenn das Verfahren nicht dauerhaft durchgeführt wird. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 9 geschaffen wird. Die Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung auf, die mindestens einen Injektor umfasst. Der mindestens eine Injektor weist einen
Einzelspeicher auf. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich durch einen Drucksensor aus, der so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Druck in dem Einzelspeicher mittels des Drucksensors erfassbar ist. Zugleich ist ein Steuergerät vorgesehen, welches eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung weist bevorzugt einen gemeinsamen Hochdruckspeicher für alle Injektoren, nämlich eine sogenannte gemeinsame Leiste (Common Rail) auf.
Dementsprechend ist die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung vorzugsweise als Common Rail- Einspritzeinrichtung ausgebildet. Die den Injektoren zusätzlich zugeordneten Einzelspeicher bewirken eine Entkopplung des Einzelspeicherdrucks von dem Raildruck, sodass den Injektoren zugeordnete Fehlerzustände über die Erfassung des Einzelspeicher-Druckverlaufs sicherer detektiert werden können, weil der Druckverlauf in einem einzelnen Einzelspeicher höchstens in geringem Ausmaß von Druckverläufen in anderen Einzelspeichern beeinflusst wird. Ferner setzen sich Druckschwankungen in den Einzelspeichern nur in geringem Umfang in den gemeinsamen Hochdruckspeicher fort, sodass dieser im Wesentlichen einen über die Zeit konstanten Hochdruck, nämlich den Raildruck, aufweist. Das Steuergerät ist vorzugsweise als Motorsteuergerät für die Brennkraftmaschine ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine einerseits ein Motorsteuergerät zur Steuerung und andererseits ein separates Steuergerät zur Durchfuhrung des Verfahrens aufweist. In diesem Fall sind das Steuergerät und das Motorsteuergerät jedoch bevorzugt über mindestens eine Schnittstelle miteinander verbunden, sodass sie Daten austauschen können.
Der Drucksensor ist vorzugsweise als Dehnungssensor oder als Dehnmessstreifen ausgebildet und besonders bevorzugt unmittelbar im Bereich des Einzel Speichers angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Brennkraftmaschine ist das Steuergerät mit dem Drucksensor wirkverbunden, um die von diesem erfassten Druckdaten aufnehmen und/oder den Drucksensor ansteuern zu können. Es ist möglich, dass eine Wirkverbindung über mindestens ein Kabel und/oder eine kabellose Wirkverbindung vorgesehen ist.
Das Steuergerät weist vorzugsweise ein Erfassungsmittel zur zeitaufgelösten Erfassung eines mithilfe des Drucksensors gemessenen Druckverlaufs auf. Weiterhin umfasst das Steuergerät ein Auswertemittel zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs. Das Auswertemittel umfasst bevorzugt insbesondere Mittel zur Bestimmung mindestens eines Spritzzeitpunkts, insbesondere eines Spritzbeginns und eines Spritzendes, wobei die Mittel bevorzugt ausgebildet sind zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung eines
Spritzbeginns und/oder eines Spritzendes, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 056 381 AI beschrieben ist. Weiterhin umfasst das Auswertemittel vorzugsweise Mittel, um einen Druckeinbruch in dem Druckverlauf festzustellen, Mittel, um eine charakteristische Überhöhung in dem Druckverlauf festzustellen, Mittel, um einen dauerhaften Druckeinbruch festzustellen, Filtermittel zur Filterung des erfassten Druckverlaufs, Mittel um festzustellen, ob der erfasste Druckverlauf vorherbestimmte Pegelgrenzen unter- oder überschreitet, und/oder Mittel, um eine Rauschbandanalyse des erfassten Druckverlaufs durchzuführen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät ein Feststellmittel auf, das ausgebildet ist zur Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung im Bereich des Injektors vorliegt. Darüber hinaus umfasst das Steuergerät ein Identifizierungsmittel, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifizierbar ist.
Bevorzugt umfassen das Feststellmittel und das Identifizierungsmittel Mittel, um einen
Fehlerzustand festzustellen und als fehlende Einspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Fehleinspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Mengenbegrenzungsventil-Fehler zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Dauereinspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als ungültige
Einspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Pegelfehler zu identifizieren, und/oder einen Fehlerzustand festzustellen und als Rausch-Fehler zu
identifizieren.
Das Steuergerät umfasst weiterhin bevorzugt Injektor-Identifizierungsmittel, um einen festgestellten und identifizierten Fehlerzustand einem Injektor individuell zuzuordnen.
Weiterhin umfasst das Steuergerät bevorzugt Mittel, um einen Defekt der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung zu identifizieren, wenn ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, oder wenn ein für die Ansteuerung des Injektors ermittelter
Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet.
Es ist möglich, dass das Verfahren hardwarebasiert in dem Steuergerät hinterlegt ist. Alternativ ist es möglich, dass in das Steuergerät ein Compute rogrammprodukt geladen ist, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Compute rogrammprodukt auf dem
Steuergerät läuft.
Insofern wird auch ein Computerprogrammprodukt bevorzugt, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen durchgeführt wird, wenn das Compute rogrammprodukt auf einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Weiterhin wird ein Datenträger bevorzugt, auf welchem ein solches
Computerprogrammprodukt abgespeichert ist. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen
Datenträgers ist ein Steuergerät, in dem ein entsprechendes Computerprogrammprodukt hinterlegt, oder in das ein entsprechendes Computeφrogrammprodukt geladen ist. Schließlich wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung eine Mehrzahl von Injektoren sowie einen gemeinsamen
Hochdruckspeicher zur Versorgung der Mehrzahl von Injektoren mit Kraftstoff aufweist. Wie bereits ausgeführt, ist eine derartige Kraftstoff-Einspritzung als Common Rail- Einspritzeinrichtung ausgebildet. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft auf eine
Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Injektoren anwendbar, weil Fehlerzustände und/oder Defekte injektorindividuell festgestellt und dem fehlerhaften Injektor zugeordnet werden können. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären
Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines Ausführungsbeispiels der
Brennkraftmaschine. Umgekehrt sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in
Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Verfahrensschritte einer Ausführungsform des Verfahrens.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines ersten Fehlerzustands;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Fehlerzustands;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines dritten Fehlerzustands;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Definition bestimmter Gültigkeitsbereiche für
Spritzzeitpunkte, und
Figur 6 eine schematische Darstellung der Definition vorherbestimmter Pegelgrenzen im
Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 auf, die eine Mehrzahl von Injektoren umfasst, von denen hier der vereinfachten Darstellung wegen nur ein Injektor 5 dargestellt ist. Der Injektor 5 weist einen Einzelspeicher 7 auf. Vorzugsweise ist außerdem ein stromabwärts des Einzelspeichers 7 vorgesehenes, hier nicht dargestelltes Mengenbegrenzungsventil in den Injektor 5 integriert, welches eine Eindosierung einer zu hohen Kranstoffmenge in einen dem Injektor 5 zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verhindert.
Es ist ein Drucksensor 9 vorgesehen, der hier an dem Injektor 5 derart angeordnet ist, dass mittels des Drucksensors 9 der Druck in dem Einzelspeicher 7 erfassbar ist.
Es ist ein Steuergerät 11 vorgesehen, das mit dem Drucksensor 9 zur Erfassung des Drucks in dem Einzelspeicher 7 wirkverbunden ist. Das Steuergerät 11 weist ein Erfassungsmittel 13 zur zeitaufgelösten Erfassung eines Druckverlaufs auf, der mithilfe des Drucksensors 9 gemessen wird. Weiterhin weist das Steuergerät 11 ein Auswertemittel 15 zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs auf, wobei es auch ein Feststellmittel 17 aufweist, das ausgebildet ist zur
Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung 3 im Bereich des Injektors 5 vorliegt. Das Steuergerät 11 umfasst auch ein Identifizierungsmittel 19, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifizierbar ist.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen gemeinsamen Hochdruckspeicher 21, der auch als gemeinsame Leiste oder Common Rail bezeichnet wird, und der mit den Injektoren 5 in Fluidverbindung ist, sodass diese aus dem Hochdruckspeicher 21 mit Kraftstoff versorgt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Fehlerzustands, der im Rahmen des Verfahrens festgestellt und identifiziert werden kann. Dabei zeigt Figur 2 ein Diagramm, in dem als durchgezogene Kurve ein für einen Einzelspeicher eines Injektors erfasster Druckverlauf D gegen eine mit t gekennzeichnete Zeitachse aufgetragen ist. Dabei kann auf der Zeitachse eine reale Zeit in physikalischen Zeiteinheiten oder quasi eine intrinsische Zeit der
Brerinkxaftmaschine in Einheiten eines momentanen Winkels der Kurbelwelle (°KW) abgetragen sein. Dargestellt ist ein Einspritzereignis, bei welchem der Druckverlauf in dem Einzelspeicher einen Druckeinbruch aufgrund einer Einspritzung zeigt. Ebenfalls in Figur 2 dargestellt ist als strichpunktierte Linie der Verlauf eines Bestromungswertes B, bei dem es sich um einen Strom oder um eine Spannung handeln kann, der für den Injektor erfasst wird. Der in Figur 2 dargestellte Fehlerzustand entspricht einer Fehleinspritzung, bei welcher der Injektor nicht bestromt wird, was durch den konstanten Verlauf des Bestromungswerts B angedeutet ist. Gleichwohl findet ein Druckeinbruch in dem Einzelspeicher statt, was an dem Druckverlauf D abgelesen werden kann. Eine solche Fehleinspritzung kann beispielsweise aufgrund eines defekten Pilotventils oder durch einen Kurzschluss gegen Masse erfolgen.
Fig. 3 zeigt eine analoge, schematische Darstellung eines zweiten Fehlerzustands, der als fehlende Einspritzung identifiziert wird. Hierbei zeigt sich, dass der Druckverlauf D keinen Druckeinbruch zeigt, obwohl der Verlauf des Bestromungswerts B anzeigt, dass der Injektor bestromt wurde. Dementsprechend liegt ein Fehler vor, bei welchem der Injektor trotz korrekter Ansteuerung nicht öffnet.
Fig. 4 zeigt einen Druckverlauf D aufgetragen gegen eine mit t gekennzeichnete Zeitachse für einen Fehlerzustand, der als Dauereinspritzung identifiziert wird. In diesem Fall tritt ein dauerhafter Druckeinbruch in dem Einzelspeicher auf, weil permanent eine Fluidverbindung zwischen dem Einzelspeicher und einem dem Injektor zugeordneten Zylinder der
Brennkraftmaschine existiert.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Bestimmung einer ungültigen Einspritzung. Dabei ist auch hier der Druckverlauf D aufgetragen gegen die mit t bezeichnete Zeitachse. Ebenfalls eingetragen sind als strichlierte, vertikale Linien zwei Beispiele für Soll-Spritzzeitpunkte, nämlich ein Soll-Spritzbeginn SB und ein Soll-Spritzende SE. Entsprechende Werte sind vorzugsweise in Kennfeldern hinterlegt, besonders bevorzugt abhängig zumindest von dem Raildruck, besonders bevorzugt von dem Raildruck und einer einzuspritzenden Soll- Kraftstoffmenge.
Für beide Soll-Spritzzeitpunkte sind vorzugsweise vorherbestimmte Gültigkeitsbereiche hinterlegt, die besonders bevorzugt ebenfalls als Kennfelder, insbesondere abhängig von dem Raildruck, hinterlegt sind. Dies wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen lediglich für den Soll- Spritzbeginn SB erläutert. Die gleichen Ausführungen betreffen aber genauso auch auf das Soll-Spritzende SE zu.
Bevorzugt existieren zwei symmetrisch um den Soll-Spritzbeginn SB verteilte
Gültigkeitsbereiche, nämlich ein erster, ungelernter Gültigkeitsbereich Au, der hier zwischen zwei strichpunktierten vertikalen Linien eingezeichnet ist, und ein zweiter, gelernter
Gültigkeitsbereich Ag, der kleiner ist als der ungelernte Gültigkeitsbereich Au, wobei seine Grenzen innerhalb der Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Au liegen. Dabei sind die Grenzen des zweiten, gelernten Gültigkeitsbereichs Ag hier durch punktierte vertikale Linien dargestellt.
Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise ein dritter, momentan geltender
Gültigkeitsbereich bestimmt, dessen Grenzen zwischen den Grenzen des ungelernten
Gültigkeitsbereichs Au und des gelernten Gültigkeitsbereichs Ag liegen, wobei der dritte
Gültigkeitsbereich an einen Lernfortschritt des betrachteten Injektors angepasst wird.
Wird beispielsweise ein neuer Injektor verwendet, wird als Gültigkeitsbereich für die
Feststellung und Identifizierung einer ungültigen Einspritzung zunächst der vollständige, ungelernte Gültigkeitsbereich Au angewendet. Es stellt sich heraus, dass mit fortschreitendem Lernfortschritt, indem die Korrekturwerte in den entsprechenden Korrektur-Kennfeldern des Steuergeräts an den neuen Injektor angepasst werden, die tatsächlich erfassten Messwerte für den Spritzbeginn näher an den Sollspritzbeginn SB heranrücken. Dieser Lernfortschritt wird vorzugsweise mithilfe eines Lernfortschritts-Zählers erfasst, der inkrementiert wird, wenn sich der ermittelte Spritzbeginn innerhalb des gelernten Gültigkeitsbereichs Ag befindet. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, beispielsweise einer Betriebsstunde der Brennkraftmaschine, wird der Lernfortschritts-Zähler wieder um einen vorherbestimmten Wert verringert, wobei bevorzugt sowohl die Zeit als auch der vorherbestimmte Wert parametrierbar sind. Mithilfe des
Lernfortschritts-Zählers wird zwischen dem gelernten Gültigkeitsbereich Ag und dem
ungelernten Gültigkeitsbereich Au interpoliert, sodass der momentan geltende Gültigkeitsbereich stets minimal die Grenzen des gelernten Gültigkeitsbereichs Ag und maximal die Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Au aufweist.
Eine ungültige Einspritzung wird stets dann festgestellt, wenn der ermittelte Spritzbeginn außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Der momentan geltende
Gültigkeitsbereich kann erweitert werden, wenn eine momentane Schwankung des
Injektorverhaltens auftritt. Hierzu ist bevorzugt ein erster Gültigkeits-Zähler vorgesehen, der inkrementiert wird, wenn der ermittelte Spritzbeginn innerhalb der Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Au und außerhalb der Grenzen des gelernten Gültigkeitsbereichs Ag liegt. Überschreitet dieser erste Gültigkeits-Zähler ein vorherbestimmtes Maximum, wird der
Lernfortschritts-Zähler vorzugsweise dekrementiert, und der momentan geltende
Gültigkeitsbereich wird vergrößert. Der erste Gültigkeits-Zähler wird vorzugsweise
dekrementiert, wenn der ermittelte Spritzbeginn innerhalb der Grenzen des gelernten
Gültigkeitsbereichs Ag liegt. Dabei nimmt der erste Gültigkeits-Zähler bevorzugt minimal den Wert Null an, es werden also keine negativen Zählerwerte gebildet.
Fig. 6 zeigt eine schematische und diagrammatische Darstellung zur Feststellung und
Identifizierung eines Pegelfehlers. Dabei sind für den Druckverlauf eine erste, vorherbestimmte obere Pegelgrenze PI und eine zweite, untere vorherbestimmte Pegelgrenze P2 festgelegt, wobei der Druckverlauf D bei korrekt arbeitender Einspritzeinrichtung innerhalb der Pegelgrenzen PI, P2 verlaufen soll.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass hierbei ein gefilterter und/oder gemittel ter Druckverlauf D der Betrachtung zugrunde gelegt wird, was in Figur 6 durch die durchgezogene, glatte Kurve angedeutet ist. Diese Kurve liegt hier vollständig innerhalb der Pegelgrenzen PI, P2, sodass kein Pegelfehler festgestellt wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass der Betrachtung der ungefilterte Druckverlauf zugrunde gelegt wird, was hier bereichsweise zu Beginn des
Kurvenverlaufs D durch eine abschnittsweise wiedergegebene, ungefilterte Kurve Du angedeutet ist. Dabei ragt hier eine Spitze der ungefilterten Kurve Du über die obere Pegelgrenze PI hinaus, sodass in diesem Fall ein Fehlerzustand festgestellt und als Pegelfehler identifiziert wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Ermittlung und
Identifizierung eines Fehlerzustands das ungefilterte Signal des Drucksensors mit seinem eigenen Filterergebnis, also dem Signal nach der Filterung, verglichen wird, wobei eine
Abweichung des ungefilterten Signals von dem gefilterten Signal bestimmt wird, um
festzustellen, inwieweit auf dem ungefilterten Signal Überschwinger, Ausreißer und/oder Rauschen vorliegt/vorliegen. Es dabei möglich, dass ein Fehlerzustand festgestellt wird, wenn die Abweichung des ungefilterten Signals von dem gefilterten Signal über ein vorherbestimmtes Maß hinausgeht.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens und der Brennkraftmaschine eine einfache, zugleich sehr zuverlässige und umfassende On-Board-Diagnose der individuellen Injektoren beziehungsweise der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung in Hinblick auf zahlreiche verschiedene Fehlerzustände möglich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs (D) in einem Einzelspeicher (7) eines Injektors (5); Auswerten des erfassten Druckverlaufs (D); Feststellen, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (3) im Bereich des Injektors (5) vorliegt anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), und Identifizieren des Fehlerzustands anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf (D) in dem Einzelspeicher (7) synchronisiert mit einer Bestromung des Injektors (5), vorzugsweise gleichzeitig oder überlappend mit der Bestromung, zeitaufgelöst erfasst wird, und/oder dass der erfasste Druckverlauf (D) einem Einspritzereignis zugeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob der Injektor (5) bestromt wird, wobei bevorzugt mindestens ein Bestromungswert (B) der Bestromung des Injektors (5) erfasst und für das Feststellen eines Fehlerzustands und/oder für das Identifizieren des Fehlerzustands herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand festgestellt und
- als fehlende Einspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor (5) bestromt wird, wobei kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf (D) festgestellt wird, oder
- als Fehleinspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor (5) nicht bestromt wird, wobei ein Druckeinbruch in dem Druckverlauf (D) festgestellt wird, oder
als Mengenbegrenzungsventil-Fehler eines dem Injektor (5) zugeordneten
Mengenbegrenzungsventils identifiziert wird, wenn in dem Druckverlauf (D) eine charakteristische Überhöhung festgestellt wird, oder
als Dauereinspritzung identifiziert wird, wenn ein dauerhafter Druckeinbruch erkannt wird, oder - als ungültige Einspritzung identifiziert wird, wenn ein aus dem erfassten Druckverlauf (D) ermittelter Spritzzeitpunkt außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsbereichs liegt, oder
- als Pegelfehler identifiziert wird, wenn der erfasste Druckverlauf (D) - vorzugsweise nach einer Filterung - vorherbestimmte Pegel grenzen (P 1 ,P2) unter- oder überschreitet, oder
als Rausch-Fehler identifiziert wird, wenn ein Rauschen des erfassten Druckverlaufs (D) einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) identifiziert wird, wenn
- ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, wobei der Fehlerzustands-Zähler inkrementiert wird, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, oder
- ein für die Ansteuerung des Injektors (5) ermittelter Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Druckverlaufs (D) ein Drucksensor (9) verwendet wird, von dem mindestens ein Betriebswert erfasst wird, wobei vorzugsweise ein Fehler in dem Drucksensor (9) identifiziert wird, wenn der mindestens eine Betriebswert einen vorherbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet oder außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsintervalls liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf alle Injektoren (5) der Brennkraftmaschine (1) angewendet wird, wobei bei einem Fehlerzustand der fehlerhafte Injektor (5) identifiziert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) dauerhaft oder in vorherbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird.
9. Brennkraftmaschine (1) mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3), die mindestens einen Injektor (5) umfasst, der einen Einzelspeicher (7) aufweist, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (9), der so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Druck in dem Einzelspeicher (7) mittels des Drucksensors (9) erfassbar ist, wobei ein Steuergerät (11) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Steuergerät (11) vorzugsweise mit dem Drucksensor (9) wirkverbunden ist, wobei das
Steuergerät (11) ein Erfassungsmittel (13) zur zeitaufgelösten Erfassung eines mithilfe des Drucksensors (9) gemessenen Druckverlaufs (D) aufweist, wobei das Steuergerät (11) ein Auswertemittel (15) zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs (D) aufweist, wobei das
Steuergerät (11) ein Feststellmittel (17) aufweist, das ausgebildet ist zur Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (13) im Bereich des Injektors (5) vorliegt, und wobei das Steuergerät (1 1) ein
Identifizierungsmittel (19) aufweist, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D) identifizierbar ist.
10. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff- Einspritzeinrichtung (3) eine Mehrzahl von Injektoren (5) sowie einen gemeinsamen
Hochdruckspeicher (21) zur Versorgung der Mehrzahl von Injektoren (5) mit Kraftstoff aufweist.
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