WO2016156007A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der temperatur eines einspritzventils - Google Patents

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internal combustion
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Tany GARGISO
Robert Hoffmann
Anselm Schwarte
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring the operation of the fuel injection system of an internal combustion engine.
  • Internal combustion engines having a fuel injection system have been known for a long time. Such an internal combustion engine is described for example in DE 10 2013 206 600 AI.
  • an injection system and a control method for an injection system with at least one injection valve for injecting fuel into an internal combustion ⁇ engine described, wherein in recurrent injection cycles, a closure element of the injection valve is moved so that it is in an actual opening time OPP2 on an upper Stop hits and / or in one
  • Actual closing time OPP4 impinges in a closed position and thereby triggers a characteristic signal of a sensor element of the injection valve, wherein a temporal signal waveform of the sensor element is detected and in a temporal
  • control unit of these internal combustion engines übli ⁇ chtate contains a plurality of control mechanisms and control loops that can increase or decrease the metered amount of fuel as needed.
  • a single high manipulated variable is usually uncritical, especially at low dynamic motor operation.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for monitoring the operation of the fuel injection system of an internal combustion engine, wherein the application of the injectors of the fuel injection can be maintained in a stable operating range mög ⁇ lichst long.
  • a safety function can be implemented by which it is ensured that the injectors of the fuel injection system are kept in a stable operating range as long as possible.
  • This procedure corresponds to a variable in terms of the step size and the maximum debouncing of a fault, depending on the current system state, which by the force ⁇ injection system influencing parameters will be described.
  • Figure 1 is a block diagram for explaining the structure of a
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • Figure 3 is a block diagram for explaining a control unit of the fuel injection system of the internal combustion ⁇ engine.
  • FIG. 1 shows a block diagram for explaining the structure of the fuel injection system 100 of an internal combustion ⁇ machine.
  • This fuel injection system 100 has a fuel tank 200, from which fuel is taken from a fuel pump 300 via a fuel line 210. In the fuel line 210, a dashed line drawn fuel filter 220 may be arranged.
  • the fuel extracted from the fuel tank 200 by the fuel pump 300 is supplied to an intake valve 400 via a fuel line 310.
  • This intake valve 400 regulates the flow of fuel through a fuel line 410 to a high pressure pump 500.
  • the intake valve 400 may be an integral part of the high pressure pump 500.
  • the compressed in the high ⁇ pressure pump 500 to a high pressure fuel is via a high-pressure fuel line 510 to a rail 600th passed.
  • the rail 600 is connected to a digital pressure reduction valve 630, which may be also be an integral part of the Be ⁇ stand rails.
  • the digital pressure reduction valve 630 is connected via a fuel return line 620 to the motor ⁇ fuel tank 200 to return 600 from the rail excess fuel through the pressure reduction valve 630 in the fuel tank 200th Alternatively, the over the
  • Returned fuel 620 also be returned to the fuel filter 220, as indicated in the figure 1 by the dashed lines.
  • a pressure sensor 640 is provided for detecting the fuel pressure present in the rail 600.
  • control unit 900 shown in FIG 1, which is designed for controlling the injection processes.
  • the control unit 900 is connected via control lines 910 to the inlet valve 400, which
  • the control unit 900 controls the injection ⁇ processes in dependence on the current operating state of the internal combustion engine, which it determines using sensor signals, stored tables and a stored work program.
  • the sensor signals include, inter alia, a sensor signal s1 output by the pressure sensor 640, a sensor signal s2 output by a speed sensor 810, and a sensor signal s3 output by a temperature sensor 820.
  • the control unit 900 determines, using the at ⁇ her out sensor signals to the stored tables and the stored work program, inter alia the currently induced power of the internal combustion engine, the instantaneous fuel temperature, the current energy requirement of the
  • FIG. 2 shows a flow chart for explaining an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • a determination of a criticality index I for the thermal load of an injector of the fuel injection system takes place.
  • This thermal load of the injector is, for example high, when a large temperature gradient jektors is present between the head point and the base of the housing of the In ⁇ .
  • step S2 in a step S2, a query is made as to whether the criticality index I determined in step S1 is greater than a predefined first threshold value SW1.
  • a query is made in a step S3 as to whether the determined criticality index I already exists for a predetermined first one Time tl is greater than the predetermined first threshold SWl.
  • a measure for reducing the thermal load of the injector is initiated in a step S4.
  • This measure belongs to a first reaction level RE1.
  • the measures of the first reaction level RE1 preferably include a reduction in the number of active injections within one injection cycle. By reducing the number of active injections within an injection cycle of the injector, it is advantageously achieved that the reduction of the thermal load of the injector is imperceptible or inconspicuous for the user.
  • step S4 instead of or in addition to a reduction in the number of active injections, an automatic changeover to a higher gear can be undertaken. Also, such automatic switching to a higher gear is one of the measures of the first reaction level, does not limit the usability of the internal combustion engine and leads to a reduction of the thermal load of the injector.
  • step S5 If the query in step S2 is that determined in step Sl criticality index I is less than the prior ⁇ given first threshold SWl, then in a step S5, an inquiry is made as to whether the determined criticality index I is greater than a predetermined second threshold value SW2 , which is smaller than the predetermined first threshold value SWl.
  • a query is made in a step S6 as to whether the determined criticality index I already exists for a predetermined second one Time t2 is greater than the predetermined second threshold SW2.
  • a measure for reducing the thermal load of the injector is initiated in a step S7.
  • This measure belongs to a second reaction level RE2.
  • the measures of the second reaction level RE2 include, for example, a limitation of the rotational speed and / or the torque of the internal combustion engine. Also by such a restriction of the speed and / or the torque of the internal combustion engine is achieved in an advantageous manner that the thermal load of the injector is reduced.
  • the measures of the first reaction level RE1 differ from the measures of the second reaction level RE2, in particular in that the measures of the first reaction level RE1 do not restrict the current performance of the internal combustion engine or at most slightly and are as inconspicuous as possible for the user, while the measures of the second reaction level RE2 the instantaneous performance of the
  • the predetermined first time t 1 is smaller than the predetermined second time t 2. Therefore, the measures of the first reaction level RE1, which are initiated when the determined criticality index I is greater than the first threshold SW1 greater than the predetermined second threshold SW2, are initiated relatively quickly, whereas the measures of the second reaction level RE2, which are initiated when the determined criticality index I is greater than the second threshold value SW2 but smaller than the first threshold value SW1, can not be initiated until a comparatively longer period of time has elapsed.
  • the said threshold values SW1 and SW2 and the stated time periods t1 and t2 were empirically determined in advance by the vehicle manufacturer and stored in a memory of the control unit of the internal combustion engine.
  • step S5 shows that the determined criticality index I is smaller than the predetermined second one
  • Threshold SW2 then proceed to step S8.
  • step S8 a query as to whether the determined criticality index I is already smaller than the predefined threshold value SW2 for a predetermined third time duration t3, which is preferably greater than the first time duration and also greater than the second time duration, is then detected. that the determined criticality index I lies in its normal range. In this case, it goes to a step S9.
  • step S9 the measures introduced in step S4 or S5 for reducing the thermal load on the injector are canceled again (STOP).
  • the query in step S8 indicates that the determined criticality index is not yet smaller than the predetermined threshold value SW2 for the predetermined third time duration t3, then the measures for reducing the thermal load of the injector initiated in step S4 or S5 are maintained (CONTINUE ).
  • control unit S of the fuel injection system of the internal combustion engine, which is designed to determine the criticality index I and to determine activation signals stl and st2 for initiating measures for reducing the thermal load of an injector.
  • this control unit S it is preferably at the position shown in the Figure 1 control unit 900 which is provided to control the entire power ⁇ fuel injection system.
  • the control unit S a plurality of sensor signals sl ... sn supplied, which are provided by respective sensors of the internal combustion engine.
  • the control unit S evaluates sensor signals using a stored in a memory SP working program and by using further in the memory SP stored data and determines the currently induced power P of the internal combustion ⁇ machine, the instantaneous fuel temperature T, the instantaneous energy demand E of Internal combustion engine and the instantaneous injection duration T of the respective injector.
  • the momentarily induced power P of the internal combustion engine serves as a measure of the combustion chamber temperature, the nozzle heating and the nozzle elongation.
  • the instantaneous fuel temperature T serves, for example, as a measure of the needle cooling and the needle shortening.
  • a high temperature gradient along the injector body and also between the nozzle body and the nozzle needle is in particular a presently high induced power of Brennkraftma ⁇ machine. This corresponds to a high energy input from the combustion chamber into the nozzle, resulting in a high nozzle temperature.
  • large injection quantities at low fuel pressure lead to near-to-nozzle combustion. In the case of a low fuel temperature is a good
  • control unit S also evaluates the opening behavior of the injector.
  • a low energy requirement indicates easy opening.
  • a low OPP2 time indicates a fast opening.
  • a high OPP4 time indicates a slow closing.
  • a weighting factor determined in advance and stored in the memory SP is multiplied.
  • the instantaneously induced power P is multiplied by a weighting factor kl
  • the instantaneous fuel temperature T by a weighting factor k2
  • the instantaneous energy requirement E by a weighting factor k3
  • the instantaneous injection duration T by a weighting factor k4.
  • Weighting factors were determined empirically in advance and stored in memory SP.
  • the criticality index I is determined in an adder A by means of an addition process:
  • This determined criticality index I is fed to a computing unit R of the control unit S which determines control signals stl and / or st2 using the determined criticality index I, which is used to initiate Measures to reduce the thermal load of the injector can be used.
  • One or more measures of the first reaction level RE 1 and by means of the control signals st2 one or more measures of the second reaction level RE2 are initiated by the control signals stl when the control unit S in the context of their control of the method described above with reference to FIG 2 the need for initiation of the above measures.
  • the invention described above is based on the fact that the behavior of a piezoelectrically operated injector is highly temperature-dependent. In particular, very high temperatures of the injector body and high temperature gradients along the
  • an injector in reference is adjusted to the materials from which it is made so that to today largely offset in the on ⁇ settled state thermal expansions of the individual Injektor ister, so that the behavior of the injector ⁇ tur Scheme stable over a wide temperature.
  • an end portion of the injector such as the nozzle tip, heats up very rapidly, then the behavior of the injector can reach the limits of its stable working range.
  • a high weighting factor means a high influence of the respective parameter on the criticality index and vice versa.
  • the envisaged for monitoring the operation of the motor ⁇ fuel injection system control unit S is configured such that it specifies the length of time for which the criticality index must exceed the respective threshold in dependence on the level of criticality index calculated and the measure (s) purports to reduce the thermal load of the injector as a function of the height of he ⁇ mediated criticality, so that always one can be routed to ⁇ measured response to the respectively determined criticality in the paths.
  • Another advantage of the invention is that in addition to the occurring in highly transient operation or operation of the border area in ⁇ jektors temperature gradient along the injectors tor endeavors a significantly above a predetermined operating temperature limit injector can be detected.
  • Such high injector temperatures can be set, for example, in the event of a defect in the combustion chamber seal.
  • An advantageous development of the invention consists in not only taking into account the instantaneous values of the above-mentioned parameters when determining the criticality index, but also their gradients.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten: Ermittlung eines Kritikalitätsindex für die thermische Belastung eines Injektors des Kraftstoffeinspritzsystems, Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex größer ist als ein Schwellenwert, wenn der ermittelte Kritikalitätsindex größer ist als der Schwellenwert, dann Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex für eine vorgegebene Zeitdauer größer ist als der Schwellenwert, und Einleitung einer Maßnahme zur Reduktion der thermischen Belastung des Injektors, wenn der ermittelte Kritikalitätsindex für die vorgegebene Zeitdauer größer ist als der Schwellenwert.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM STEUERN DER TEMPERATUR EINES EINSPRITZVENTILS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine . Brennkraftmaschinen, die ein Kraftstoffeinspritzsystem aufweisen, sind bereits seit langer Zeit bekannt. Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise in der DE 10 2013 206 600 AI beschrieben. Dort wird ein Einspritzsystem und ein Regelverfahren für ein Einspritzsystem mit mindestens einem Ein- spritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brenn¬ kraftmaschine beschrieben, wobei in wiederkehrenden Einspritzzyklen ein Verschlusselement des Einspritzventils so bewegt wird, dass es in einem Ist-Öffnungszeitpunkt OPP2 auf einem oberen Anschlag auftrifft und/oder in einem
Ist-Schließzeitpunkt OPP4 in einer Schließposition auftrifft und dadurch ein charakteristisches Signal eines Sensorelements des Einspritzventils auslöst, wobei ein zeitlicher Signalverlauf des Sensorelements erfasst wird und ein in einem zeitlichen
Suchfenster des Einspritzzyklus enthaltener Teil des Signal- Verlaufs untersucht wird, wobei, sofern das charakteristische Signal in dem genannten Teil des zeitlichen Signalverlaufs nicht detektiert wird, in nachfolgenden Einspritzzyklen ein Suchverfahren durchgeführt wird. Durch dieses Vorgehen wird die Messung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einspritzventile und damit auch die Zuverlässigkeit und die Robustheit des Regelverfahrens des Einspritzsystems verbessert.
In Bezug auf die Steuerung des Betriebs derartiger Brennkraftmaschinen, insbesondere der Kraftstoffmengenregelung unter Verwendung von piezoelektrisch angetriebenen Inj ektoren, gibt es mehrdeutige Symptomatiken, auf welche gegebenenfalls situa¬ tionsabhängig reagiert werden muss. Die Steuereinheit dieser Brennkraftmaschinen enthält übli¬ cherweise mehrere Steuerungsmechanismen und Regelkreise, die die zugemessene Kraftstoffmenge je nach Bedarf erhöhen oder senken können. Eine einzelne hohe Stellgröße ist üblicherweise un- kritisch, vor allem bei niedrig dynamischem Motorbetrieb.
Sollten allerdings die Stellgrößen mehrerer Parameter hoch sein und gleichzeitig ein hochdynamischer Betrieb der Brennkraft¬ maschine vorliegen, beispielsweise eine starke Beschleunigung, dann muss dafür Sorge getragen werden, dass die Injektoren des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine in einem stabilen Betriebsbereich gehalten werden, um zu vermeiden, dass eine möglicherweise kritische Fahrsituation entsteht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine anzugeben, bei deren Anwendung die Injektoren des Kraftstoffeinspritzsystems mög¬ lichst lange in einem stabilen Betriebsbereich gehalten werden können .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass mittels des beanspruchten Verfahrens eine Sicherungsfunktion implementiert werden kann, durch welche gewährleistet ist, dass die Injektoren des Kraftstoffeinspritzsystems solange wie möglich in einem stabilen Betriebsbereich gehalten werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von kri¬ tischen Fahrsituationen, wie sie beispielsweise bei Überhol¬ vorgängen auftreten können, reduziert. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass bei einem Vorliegen von erhöhten Werten bei Parametern, die für den Betrieb des Kraftstoffeinspritz- systems von Bedeutung sind, vor einem Einleiten von geeigneten Gegenmaßnahmen zunächst durch eine Berechnung eines Kritika- litätsindex aus den genannten Parametern und dessen Auswertung überprüft wird, innerhalb welcher Reaktionszeit und mit welcher Stärke Gegenmaßnahmen eingeleitet werden müssen. Diese Vorgehensweise entspricht einer im Hinblick auf die Schrittweite und das Maximum variablen Entprellung eines Fehlers in Abhängigkeit vom momentanen Systemzustand, welcher durch die das Kraft¬ stoffeinspritzsystem beeinflussenden Parameter beschrieben wird .
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine Blockdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines
Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine,
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung und
Figur 3 eine Blockdarstellung zur Erläuterung einer Steuereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems der Brenn¬ kraftmaschine .
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Kraftstoffeinspritzsystems 100 einer Brennkraft¬ maschine. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem 100 weist einen Kraftstofftank 200 auf, aus welchem von einer Kraftstoffpumpe 300 über eine Kraftstoffleitung 210 Kraftstoff entnommen wird. In der Kraftstoffleitung 210 kann ein mit gestrichelten Linien gezeichnetes Kraftstofffilter 220 angeordnet sein. Der von der Kraftstoffpumpe 300 aus dem Kraftstofftank 200 entnommene Kraftstoff wird über eine Kraftstoffleitung 310 an ein Einlassventil 400 geleitet. Dieses Einlassventil 400 regelt den Zustrom von Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 410 zu einer Hochdruckpumpe 500. Das Einlassventil 400 kann integraler Bestandteil der Hockdruckpumpe 500 sein. Der in der Hoch¬ druckpumpe 500 auf einen hohen Druck verdichtete Kraftstoff wird über eine Kraftstoffhochdruckleitung 510 an ein Rail 600 weitergegeben. Von dort aus gelangt er über Hochdruckleitungen 610 zu Injektoren 700, über welche der auf einen hohen Druck verdichtete Kraftstoff in die Brennräume eines Verbrennungs¬ motors 800 eingespritzt wird. Das Rail 600 ist mit einem digitalen Druckabbauventil 630 verbunden, welches auch integraler Be¬ standteil des Rails sein kann. Das digitale Druckabbauventil 630 ist über eine Kraftstoffrückführleitung 620 mit dem Kraft¬ stofftank 200 verbunden, um aus dem Rail 600 überschüssigen Kraftstoff durch das Druckabbauventil 630 in den Kraftstofftank 200 zurückzuführen. Alternativ dazu kann der über die
Kraftstoffrückführleitung 620 zurückgeführte Kraftstoff auch an das Kraftstofffilter 220 zurückgeführt werden, wie es in der Figur 1 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Zur Erfassung des im Rail 600 vorliegenden Kraftstoffdruckes ist ein Drucksensor 640 vorgesehen.
Des Weiteren weist das in der Figur 1 gezeigte Kraftstoff¬ einspritzsystem 100 eine Steuereinheit 900 auf, die zur Steuerung der Einspritzvorgänge ausgebildet ist. Die Steuereinheit 900 ist über Steuerleitungen 910 mit dem Einlassventil 400, der
Hochdruckpumpe 500, den Injektoren 700 und dem Druckabbauventil 630 verbunden. Die Steuereinheit 900 steuert die Einspritz¬ vorgänge in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, den es unter Verwendung von Sensorsignalen, abgespeicherten Tabellen und eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes ermittelt. Zu den Sensorsignalen gehören unter anderem ein vom Drucksensor 640 ausgegebenes Sensorsignal sl, ein von einem Drehzahlsensor 810 ausgegebenes Sensorsignal s2 und ein von einem Temperatursensor 820 ausgegebenes Sensorsignal s3.
Die Steuereinheit 900 ermittelt unter Verwendung der ihr zu¬ geführten Sensorsignale, der abgespeicherten Tabellen und des abgespeicherten Arbeitsprogrammes unter anderem die momentan induzierte Leistung der Brennkraftmaschine, die momentane Kraftstofftemperatur, den momentanen Energiebedarf der
Brennkraftmaschine und die momentane Einspritzdauer der In¬ jektoren. Dabei ermittelt sie den momentanen Energiebedarf durch eine Auswertung des Zeitpunkts OPP2, bei dem es sich um den Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils handelt, der durch die momentane Stellgröße des OPP2-Reglers beschrieben wird. Tritt dieser Zeitpunkt innerhalb eines Einspritzzyklus vergleichs¬ weise früh auf, dann besteht momentan ein vergleichsweise geringer Energiebedarf. Tritt dieser Zeitpunkt hingegen innerhalb eines Einspritzzyklus vergleichsweise spät auf, dann besteht momentan ein vergleichsweise hoher Energiebedarf. Des Weiteren ermittelt sie die momentane Einspritzdauer unter Verwendung eines abgespeicherten Einspritzdauerkennfeldes und einer Auswertung der Zeitpunkte OPP2 und OPP4, wobei es sich bei OPP4 um den Schließzeitpunkt des Einspritzventils handelt, der durch die Stellgröße des OPP4-Reglers beschrieben wird.
Die Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung.
Bei diesem Verfahren erfolgt in einem Schritt Sl eine Ermittlung eines Kritikalitätsindex I für die thermische Belastung eines Injektors des Kraftstoffeinspritzsystems . Diese thermische Belastung des Injektors ist beispielsweise dann hoch, wenn zwischen dem Kopfpunkt und dem Fußpunkt des Gehäuses des In¬ jektors ein großer Temperaturgradient vorliegt. Es besteht die Notwendigkeit, die thermische Belastung des Injektors zu überwachen und zu überprüfen, ob der Injektor bei der momentanen thermischen Belastung in einem stabilen Betriebsbereich gehalten werden kann oder ob Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors eingeleitet werden müssen.
Zu diesem Zweck erfolgt bei dem in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Schritt Sl in einem Schritt S2 eine Abfrage, ob der im Schritt Sl ermittelte Kritikalitätsindex I größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert SW1.
Ergibt diese Überprüfung, dass der ermittelte Kritikalitätsindex I größer ist als der vorgegebene erste Schwellenwert SW1, dann erfolgt in einem Schritt S3 eine Abfrage, ob der ermittelte Kritikalitätsindex I bereits für eine vorgegebene erste Zeitdauer tl größer ist als der vorgegebene erste Schwellenwert SWl .
Ergibt diese Abfrage, dass der ermittelte Kritikalitätsindex I bereits für die vorgegebene erste Zeitdauer tl größer ist als der vorgegebene erste Schwellenwert SWl, dann wird in einem Schritt S4 eine Maßnahme zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors in die Wege geleitet. Diese Maßnahme gehört einer ersten Reaktionsebene RE1 an. Zu den Maßnahmen der ersten Reaktionsebene RE1 gehört vorzugsweise eine Reduzierung der Anzahl der aktiven Einspritzungen innerhalb eines Einspritzzyklus. Durch diese Reduzierung der Anzahl der aktiven Einspritzungen innerhalb eines Einspritzzyklus des Injektors wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors unmerklich bzw. unauffällig für den Benutzer erfolgt.
Liegt eine Brennkraftmaschine mit einem Automatikgetriebe vor, dann kann im Schritt S4 anstelle oder zusätzlich zu einer Reduzierung der Anzahl der aktiven Einspritzungen eine automatische Umschaltung auf einen höheren Gang vorgenommen werden. Auch eine derartige automatische Umschaltung auf einen höheren Gang gehört zu den Maßnahmen der ersten Reaktionsebene, schränkt die Benutzbarkeit der Brennkraftmaschine nicht ein und führt zu einer Verringerung der thermischen Belastung des Injektors.
Ergibt die Abfrage im Schritt S2 hingegen, dass der im Schritt Sl ermittelte Kritikalitätsindex I kleiner ist als der vor¬ gegebene erste Schwellenwert SWl, dann wird in einem Schritt S5 eine Abfrage vorgenommen, ob der ermittelte Kritikalitätsindex I größer ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert SW2, welcher kleiner ist als der vorgegebene erste Schwellenwert SWl.
Ergibt diese Abfrage, dass der ermittelte Kritikalitätsindex I größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2, dann erfolgt in einem Schritt S6 eine Abfrage, ob der ermittelte Kritikalitätsindex I bereits für eine vorgegebene zweite Zeitdauer t2 größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2.
Ergibt diese Abfrage, dass der ermittelte Kritikalitätsindex I bereits für die vorgegebene zweite Zeitdauer t2 größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2, dann wird in einem Schritt S7 eine Maßnahme zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors in die Wege geleitet. Diese Maßnahme gehört einer zweiten Reaktionsebene RE2 an. Zu den Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene RE2 gehört beispielsweise eine Beschränkung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Brennkraftmaschine. Auch durch eine derartige Beschränkung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Brennkraftmaschine wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die thermische Belastung des Injektors reduziert wird.
Die Maßnahmen der ersten Reaktionsebene RE1 unterscheiden sich von den Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene RE2 insbesondere dadurch, dass die Maßnahmen der ersten Reaktionsebene RE1 die momentane Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine nicht oder allenfalls geringfügig einschränken und für den Benutzer möglichst unauffällig sind, während die Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene RE2 die momentane Leistungsfähigkeit der
Brennkraftmaschine spürbar einschränken können und auch für den Benutzer auffällig sein können.
Vorzugsweise ist die vorgegebene erste Zeitdauer tl kleiner als die vorgegebene zweite Zeitdauer t2. Deshalb werden die Maßnahmen der ersten Reaktionsebene RE1, die dann eingeleitet werden, wenn der ermittelte Kritikalitätsindex I größer ist als der erste Schwellenwert SW1, der größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2, relativ schnell eingeleitet, während im Unterschied dazu die Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene RE2, die dann eingeleitet werden, wenn der ermittelte Kritikali- tätsindex I größer als der zweite Schwellenwert SW2 ist, aber kleiner als der erste Schwellenwert SW1 ist, erst nach Ablauf einer vergleichsweise längeren Zeitdauer eingeleitet werden. Die genannten Schwellenwerte SW1 und SW2 und die genannten Zeitdauern tl und t2 wurden vom Fahrzeughersteller im Voraus empirisch ermittelt und in einem Speicher der Steuereinheit der Brennkraftmaschine hinterlegt.
Auch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors wurden vom Fahrzeughersteller bereits im Voraus den beiden Reaktionsebenen zugeordnet, wobei diese Zuordnung ebenfalls in einem Speicher der Steu- ereinheit der Brennkraftmaschine hinterlegt wird und bei Bedarf von der Steuereinheit von dort abgerufen werden kann.
Ergibt die Abfrage im Schritt S5, dass der ermittelte Kriti- kalitätsindex I kleiner ist als der vorgegebene zweite
Schwellenwert SW2, dann wird zu einem Schritt S8 übergegangen.
In diesem Schritt S8 erfolgt eine Abfrage, ob der ermittelte Kritikalitätsindex I bereits für eine vorgegebene dritte Zeitdauer t3, die vorzugsweise größer ist als die erste Zeitdauer und auch größer ist als die zweite Zeitdauer, kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert SW2, dann wird erkannt, dass der ermittelte Kritikalitätsindex I in seinem Normalbereich liegt. In diesem Falle wird zu einem Schritt S9 übergegangen. In diesem Schritt S9 werden die ggf. im Schritt S4 oder S5 eingeleiteten Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors wieder aufgehoben (STOPPEN) . Ergibt die Abfrage im Schritt S8 hingegen, dass der ermittelte Kritikalitätsindex noch nicht für die vorgegebene dritte Zeitdauer t3 kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert SW2, dann werden die ggf. im Schritt S4 oder S5 eingeleiteten Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors aufrechterhalten (WEITER).
Die Figur 3 zeigt eine Blockdarstellung zur Erläuterung einer Steuereinheit S des Kraftstoffeinspritzsystems der Brenn- kraftmaschine, welche zur Ermittlung des Kritikalitätsindex I und zur Ermittlung von Ansteuersignalen stl und st2 zur Einleitung von Maßnahmen zur Reduktion der thermischen Belastung eines Injektors ausgebildet ist. Bei dieser Steuereinheit S handelt es sich vorzugsweise um die in der Figur 1 dargestellte Steuereinheit 900, die zur Steuerung des gesamten Kraft¬ stoffeinspritzsystems vorgesehen ist. Der Steuereinheit S werden eine Vielzahl von Sensorsignalen sl ... sn zugeführt, die von jeweils zugehörigen Sensoren der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. Die Steuereinheit S wertet diese Sensorsignale unter Verwendung eines in einem Speicher SP abgespeicherten Arbeitsprogrammes und unter Ver- wendung von weiteren im Speicher SP hinterlegten Daten aus und ermittelt die momentan induzierte Leistung P der Brennkraft¬ maschine, die momentane Kraftstofftemperatur T, den momentanen Energiebedarf E der Brennkraftmaschine und die momentane Einspritzdauer T des jeweiligen Injektors.
Bei diesen Parametern P, T, E und T handelt es sich um Größen, die den am Gehäuse der Injektoren herrschenden Temperaturgradienten beeinflussen. So dient beispielsweise die momentan induzierte Leistung P der Brennkraftmaschine als Maß für die Brennraumtemperatur, die Düsenaufheizung und die Düsenlängung . Die momentane Kraftstofftemperatur T dient beispielsweise als Maß für die Nadelkühlung und die Nadelkürzung. Ein hoher Temperaturgradient entlang des Injektorkörpers und auch zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel stellt sich insbesondere ein bei gegenwärtig hoher induzierter Leistung der Brennkraftma¬ schine. Dies entspricht einem hohen Energieeintrag aus dem Brennraum in die Düse, so dass eine hohe Düsentemperatur entsteht. Des Weiteren führen große Einspritzmengen bei niedrigem Kraftstoffdruck zu einer düsennahen Verbrennung. Im Falle einer niedrigen Kraftstofftemperatur liegt eine gute
Kühlung der Düsennadel vor. Dies gilt insbesondere beim Vorliegen einer langen Einspritzdauer, wie sie bei hoher induzierter Leistung der Brennkraftmaschine oder niedrigem Kraftstoffdruck notwendig ist.
Weiterhin bewertet die Steuereinheit S auch das Öffnungsver¬ halten des Injektors. Ein niedriger Energiebedarf zeigt ein leichtes Öffnen an. Eine niedrige OPP2-Zeit zeigt ein schnelles Öffnen an. Eine hohe OPP4-Zeit zeigt ein langsames Schließen an.
Zu den vorgenannten Parametern P, T, E und T wird ein im Voraus ermittelter und im Speicher SP hinterlegter Gewichtungsfaktor multipliziert. So wird die momentan induzierte Leistung P mit einem Gewichtungsfaktor kl, die momentane Kraftstofftemperatur T mit einem Gewichtungsfaktor k2, der momentane Energiebedarf E mit einem Gewichtungsfaktor k3 und die momentane Einspritzdauer T mit einem Gewichtungsfaktor k4 multipliziert. Auch diese
Gewichtungsfaktoren wurden im Voraus empirisch ermittelt und im Speicher SP hinterlegt.
Aus diesen jeweils mit einem Gewichtungsfaktor multiplizierten Parametern wird in einem Addierer A durch einen Additionsvorgang der Kritikalitätsindex I ermittelt:
I = kl · P + k2 · T + k3 · E + k4 · T. Dieser ermittelte Kritikalitätsindex I wird einer Recheneinheit R der Steuereinheit S zugeführt, die unter Verwendung des ermittelten Kritikalitätsindex I Steuersignale stl und/oder st2 ermittelt, welche zur Einleitung von Maßnahmen zur Reduktion der thermischen Belastung des Injektors verwendet werden. Dabei werden mittels der Steuersignale stl eine oder mehrere Maßnahmen der ersten Reaktionsebene RE 1 und mittels der Steuersignale st2 eine oder mehrere Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene RE2 eingeleitet, wenn die Steuereinheit S im Rahmen ihrer Steuerung des oben anhand der Figur 2 beschriebenen Verfahrens die Notwendigkeit der Einleitung der genannten Maßnahmen erkennt.
Die vorstehend beschriebene Erfindung beruht darauf, dass das Verhalten eines piezoelektrisch betriebenen Injektors stark temperaturabhängig ist. Insbesondere sehr hohe Temperaturen des Injektorkörpers und hohe Temperaturgradienten entlang des
Injektorkörpers stellen eine Herausforderung für den Injektorbetrieb bzw. die Injektorregelung dar. Besonderes Augenmerk muss auch auf das Einlauf erhalten eines Injektors gelegt werden, da bei neu gefertigten Injektoren während der ersten Betriebsstunden eine beschleunigte Verhaltensänderung in Form einer Öffnungsspannungsdrift auftreten kann.
Üblicherweise ist ein Injektor in Bezug auf die Materialien, aus denen er gefertigt wird, so eingestellt, dass sich im einge¬ schwungenen Zustand thermische Ausdehnungen der einzelnen Injektorbestandteile gegeneinander weitgehend ausgleichen, so dass das Verhalten des Injektors über einen weiten Tempera¬ turbereich stabil ist. Wenn sich aber unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen ein Endbereich des Injektors, beispielsweise die Düsenkuppe, sehr schnell stark erhitzt, dann kann das Verhalten des Injektors an die Grenzen seines stabilen Arbeitsbereiches gelangen.
Ein bestimmter Regeleingriff, der im Normalbetrieb bei durchgewärmtem Injektor keinerlei unerwünschte Auswirkungen hat, kann in einem hochtransienten Betrieb möglicherweise zu Problemen führen.
Um dies zu vermeiden und die möglichen Auswirkungen eines gegenwärtigen Betriebszustandes besser abschätzen zu können, wird bei der oben beschriebenen Erfindung eine Art Wirkungs- kettenanalyse durchgeführt, bei welcher die für die thermische Belastung des Injektors relevanten Einflussgrößen gewichtet werden und daraus ein Kritikalitätsindex ermittelt wird.
Ein hoher Gewichtungsfaktor bedeutet einen hohen Einfluss des jeweiligen Parameters auf den Kritikalitätsindex und umgekehrt.
Je höher der Kritikalitätsindex ist, desto schneller muss auf bestimmte Fehleranzeichen bzw . Symptome, die im Einspritzsystem auftreten, reagiert werden. Ein einzelner hoher Kritikali- tätsindex führt noch nicht dazu, dass Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors in die Wege geleitet werden müssen. Erst wenn der hohe Kritikalitätsindex für eine vorgegebene Zeitdauer vorliegt, erfolgt ein Einleiten von Maßnahmen zur Reduzierung der thermischen Belastung des Injektors. Dieses Vorgehen erhöht die Sicherheit einer Fehler¬ erkennung und führt dazu, dass geeignete Gegenmaßnahmen erst dann eingeleitet werden, wenn dies auch notwendig ist.
Insbesondere ist die zur Überwachung des Betriebs des Kraft¬ stoffeinspritzsystems vorgesehene Steuereinheit S derart ausgebildet, dass sie die Zeitdauer, für welche der Kritika- litätsindex den jeweiligen Schwellenwert überschreiten muss, in Abhängigkeit von der Höhe des ermittelten Kritikalitätsindex vorgibt und auch die Maßnahme (n) zur Reduktion der thermischen Belastung des Injektors in Abhängigkeit von der Höhe des er¬ mittelten Kritikalitätsindex vorgibt, so dass stets eine an¬ gemessene Reaktion auf den jeweils ermittelten Kritikali- tätsindex in die Wege geleitet werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass neben dem im hochtransienten Betrieb bzw. Grenzbereichsbetrieb des In¬ jektors auftretenden Temperaturgradienten entlang des Injek- torkörpers auch eine deutlich über einem vorgegebenen Betriebstemperaturlimit liegende Injektortemperatur erfasst werden kann. Derart hohe Injektortemperaturen können sich beispielsweise bei einem Defekt der Brennraumabdichtung einstellen .
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, bei der Ermittlung des Kritikalitätsindex nicht nur die momentanen Werte der oben genannten Parameter zu berücksichtigen, sondern auch deren Gradienten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit folgenden Schritten: - Ermittlung eines Kritikalitätsindex (I) für die thermische Belastung eines Injektors des Kraftstoffeinspritzsystems , Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex größer ist als ein Schwellenwert (SW1),
wenn der ermittelte Kritikalitätsindex größer ist als der Schwellenwert, dann Überprüfung, ob der ermittelte Kriti¬ kalitätsindex für eine vorgegebene Zeitdauer (tl) größer ist als der Schwellenwert, und
Einleitung einer Maßnahme (REl) zur Reduktion der thermischen Belastung des Injektors, wenn der ermittelte Kritikali- tätsindex (I) für die vorgegebene Zeitdauer (tl) größer ist als der Schwellenwert (SW1) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer in Abhängigkeit von der Höhe des Kritikalitätsindex vorgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme zur Reduktion der thermischen Belastung des Injektors in Abhängigkeit von der Höhe des ermittelten Kriti- kalitätsindex vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kritikalitätsindex durch eine Aus¬ wertung von mehreren Parametern ermittelt wird, zu denen die momentan induzierte Leistung (P) der Brennkraftmaschine, die momentane Kraftstofftemperatur (T) , der momentane Energiebedarf (E) und die momentane Einspritzdauer (T) gehören.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Energiebedarf (E) durch eine Auswertung des Zeitpunkts
OPP2 des Injektors ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Einspritzdauer (T) durch eine Auswertung der Zeitpunkte OPP2 und OPP4 des Injektors ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem der Parameter (Ρ,Τ,Ε,Τ) ein Gewichtungsfaktor ( kl , k2 , k3 , k4 ) multipliziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kritikalitätsindex durch eine Verknüpfung der jeweils mit einem Gewichtungsfaktor multiplizierten Parameter berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist:
Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex (I) größer ist als ein erster Schwellenwert (SW1),
bei positivem Überprüfungsergebnis Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex (I) bereits länger als eine erste Zeitdauer (tl) größer ist als der erste Schwellenwert, und Aktivieren einer Maßnahme einer ersten Reaktionsebene (RE1), wenn dies der Fall ist,
bei negativem Überprüfungsergebnis Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex (I) größer ist als ein zweiter Schwellenwert (SW2), welcher kleiner ist als der erste Schwellenwert,
bei positivem Überprüfungsergebnis Überprüfung, ob der ermittelte Kritikalitätsindex (I) bereits länger als eine zweite Zeitdauer (t2), welche größer ist als die erste Zeitdauer (tl) , größer ist als der zweite Schwellenwert (SW2) , und Aktivieren einer Maßnahme der zweiten Reaktionsebene (RE2), wenn dies der Fall ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Maßnahmen der ersten Reaktionsebene eine Reduzierung der Anzahl der aktiven Einspritzungen gehört.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen eines Automatikgetriebes zu den Maßnahmen der ersten Reaktionsebene eine automatische Umschaltung auf einen höheren Gang gehört.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass zu den Maßnahmen der zweiten Reaktionsebene eine Beschränkung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Brennkraftmaschine gehören.
13. Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs des Kraftstoff- einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass sie eine Steuereinheit (S) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens mit den in einem der vorhergehenden Ansprüche angegebenen Merkmalen ausgebildet ist.
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