WO2018206368A1 - Verfahren zur bedarfsgerechten wartung eines injektors - Google Patents

Verfahren zur bedarfsgerechten wartung eines injektors Download PDF

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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a method for demand-based maintenance of an injector in a common rail system, in which a load factor is calculated and is set as relevant for the maintenance recommendation of the injector.
  • a method for monitoring the mechanical components of a drive motor in a vehicle in which in a first step, the operating data of the component are detected as a load collective and in a second step, a parameter of the component is determined. If there is a risk of a component malfunction, in a third step the load on the component is reduced or limited, which should prevent the vehicle from being left for a short time. In addition, the driver is informed of an impending fault and the forecast remaining time is displayed.
  • the present invention seeks to develop a method for demand-based maintenance of an injector.
  • the damage factor describes the hydrodynamic load of the common rail system.
  • the damage factor is read from a damage factor characteristic field as a function of the rail pressure and the fuel injection mass.
  • the damage factor can be weighted based on the fuel temperature.
  • After the calculation of the reference injection cycles their sum is calculated and stored as the total reference injection cycle. From the total reference injection cycle in turn and the maximum permissible injection cycles, a loading factor is then determined by quotient formation, which is set as decisive for the maintenance recommendation of the injector. Finally, a comparison of the load factor with a limit value determines whether either a maintenance recommendation is generated to replace the injector or whether a remaining time is predicted within which trouble-free further operation is possible.
  • the invention offers the advantage of a further improved transparency by the assignment of individual behaviors and
  • Maintenance intervals or maintenance costs is shown.
  • the end user can access the current operating data using an app.
  • the invention offers the advantage that a service technician can be sent before the expiration of the maximum service life of the injector. If, nevertheless, an injector fails, a history that can be traced without interruption can be called up thanks to the invention. Likewise, the data can be used as a basis for the redesign of an injector.
  • FIG. 1 shows a system diagram
  • FIG. 2 shows a characteristic diagram of the injection cycles
  • FIG. 3 is a map of the damage factor
  • FIG. 4 shows a map of the fuel temperature
  • Figure 5 is a map of the reference injection cycle
  • FIG. 1 shows a system diagram of an electronically controlled
  • the common rail system comprises the following mechanical components: a low-pressure pump 3 for
  • High-pressure pump 5 for conveying the fuel under pressure increase, a rail 6 for storing the fuel and injectors 7 for injecting the fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • the common rail system can also be designed with individual memories, in which case, for example, in the injector 7 a Single memory is integrated as an additional buffer volume for the fuel.
  • Pressure limiting valve 10 is provided, which opens, for example, at a rail pressure of 2400 bar and in the open state, the fuel from the rail 6 in the fuel tank 2 abgrest.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is controlled by an electronic
  • Engine control unit 9 determines which are the usual components of a
  • Microcomputer system such as a microprocessor, I / O devices, buffers and memory devices (EEPROM, RAM) includes.
  • I / O devices I / O devices
  • buffers and memory devices EEPROM, RAM
  • the rail pressure pCR which is measured by a rail pressure sensor 8
  • an engine speed nMOT optionally the individual storage pressure pE and an input size ON.
  • the input quantity ON are the other signals
  • the output variable AUS is representative of the further actuating signals for controlling and regulating the internal combustion engine 1,
  • an interface 15 is provided for data exchange via the Internet.
  • Internal combustion engine read data and react early if necessary, by a Service technician sent. Likewise, the operator can access the current operating data.
  • the injection cycles EZ Dependence of the rail pressure pCR and the fuel injection mass qV several exemplary operating points of the injection cycles EZ shown.
  • this map can be implemented as a 20 by 20 matrix.
  • the injection cycles are normalized to one million injection cycles.
  • the operating point itself has a value of 45.76 times one million injection cycles.
  • the point EZ (9/9) has the highest value, 68.32, within the map.
  • the map 1 1 depicts a load spectrum of the frequency of an operating point within the rail pressure injection mass classes.
  • FIG. 3 shows a map 12 of the damage factor HSF.
  • the damage factor HSF describes the hydrodynamic load of the common rail system.
  • the map 12 is populated either with the data from back-measured
  • FIG. 4 a map 13 of the fuel temperature TKR is shown.
  • the map 13 is provided as an option, where qualitatively a higher fuel temperature causes higher damage. Map 13 is used to weight the values of the damage factor HSF.
  • the map 13 therefore has the same nodes as the maps 1 1 and 12.
  • the support point TKR (1/4) to the support point EZ (1/4) corresponds in the map 1 1 and the support point HSF (1/4) in the map 12.
  • the fuel temperatures are shown in ° C.
  • REZ (9/9) in Figure 5 is calculated from the value of EZ (9/9), value: 68.32 times a million multiplied by the value of HSF (9/9), value: 0.8 , to 54.65 times one million injection cycles.
  • the other values of the reference injection cycles of the map 14 are calculated in an analogous manner.
  • a total reference injection cycle REZ (tot) is calculated by summing the reference injection cycles REZ.
  • the maximum number of injection cycles EZ (krit) is read. The maximum number determined by the manufacturer of the internal combustion engine is determined
  • EZ (crit) 100 million injection cycles, which is one
  • Total operating time of the injector of 8900 hours corresponds. From the total reference injection cycle REZ (tot) and the maximum number of injection cycles EZ (crit), a loading factor Hl is calculated at S6 by quotient formation.
  • Loading factor corresponds to the hydrodynamic load of the injector. Thereafter, it is checked at S7 whether the load factor Hl is less than or equal to a threshold value GW, for example, GW ⁇ 1. If this is the case, query result S7: yes, then at S8 a residual maturity tRP for trouble-free continued operation of the internal combustion engine
  • HSF Characteristic Damage Factor
  • TRR characteristic map fuel temperature

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors (7) in einem Common-Railsystem, bei dem im laufendem Motorbetrieb ein aktueller Betriebspunkt in Abhängigkeit des Raildrucks (p CR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert wird, der aktuelle Betriebspunkt mit einem Schädigungsfaktor multipliziert wird und als Referenz-Einspritzzyklus in Abhängigkeit des Raildrucks (p CR) sowie Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert wird, bei dem ein Gesamt- Referenzeinspritzzyklus über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen berechnet wird, bei dem ein Belastungsfaktor in Abhängigkeit des Gesamt-Referenzeinspritzzyklus und der zulässigen Einspritzzyklen berechnet wird und der Balastungsfaktor als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors gesetzt wird.

Description

Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors in einem Common-Railsystem, bei dem ein Belastungsfaktor berechnet wird und als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors gesetzt wird.
Aus der DE 10 2005 048 532 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der mechanischen Komponenten eines Antriebsmotors in einem Fahrzeug bekannt, bei dem in einem ersten Schritt die Betriebsdaten der Komponente als Lastkollektiv erfasst werden und in einem zweiten Schritt eine Kenngröße der Komponente ermittelt wird. Droht eine Störung der Komponente, so wird in einem dritten Schritt die Belastung der Komponente verringert oder begrenzt, wodurch ein kurzfristiges Liegenbleiben des Fahrzeugs verhindert werden soll. Ergänzend wird der Fahrer über eine drohende Störung informiert und die prognostizierte Restlaufzeit angezeigt.
Aus der US 9,416,748 B2 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Injektors bekannt, bei dem ein Verkokungsfaktor anhand der Verweildauer in den Drehzahl- und
Momentklassen berechnet wird. Anhand des Verkokungsfaktors wird dann die
Einspritzdauer entsprechend angepasst, wodurch die Abgasgrenzwerte eingehalten werden sollen.
Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors zu entwickeln.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 . Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt. Hierbei wird im laufendem Motorbetrieb zuvor ein aktueller Betriebspunkt in Abhängigkeit des Raildrucks sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert, danach dieser mit einem Schädigungsfaktor multipliziert und anschließend als Referenz-Einspritzzyklus in Abhängigkeit des
Raildrucks sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert. Der Schädigungsfaktor beschreibt die hydrodynamische Belastung des Common-Railsystems. Ausgelesen wird der Schädigungsfaktor aus einem Schädigungsfaktor-Kennfeld in Abhängigkeit des Raildrucks und der Kraftstoff-Einspritzmasse. Optional kann der Schädigungsfaktor noch anhand der Kraftstofftemperatur gewichtet werden. Nach der Berechnung der Referenz- Einspritzzyklen wird deren Summe berechnet und als Gesamt-Referenzeinspritzzyklus abgespeichert. Aus dem Gesamt-Referenzeinspritzzyklus wiederum und den maximal zulässigen Einspritzzyklen wird dann über Quotientenbildung ein Belastungsfaktor bestimmt, welcher als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors gesetzt wird. Ein Vergleich des Belastungsfaktors mit einem Grenzwert legt schließlich fest, ob entweder eine Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors generiert wird oder ob eine Restlaufzeit prognostiziert wird, innerhalb derer ein problemloser Weiterbetrieb möglich ist.
Für den Endkunden bietet die Erfindung den Vorteil einer nochmals verbesserten Transparenz, indem die Zuordnung von individuellen Verhaltensweisen und
Wartungsintervallen bzw. Wartungskosten aufgezeigt wird. Beispielsweise auch indem der Endkunde auf die aktuellen Betriebsdaten mittels einer App zugreifen kann. Sowohl für den Hersteller der Brennkraftmaschine als auch für den Endkunden bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein Servicetechniker bereits vor Ablauf der maximalen Nutzungsdauer des Injektors entsendet werden kann. Fällt dennoch ein Injektor aus, so ist dank der Erfindung eine lückenlos nachvollziehbare Historie abrufbar. Ebenso können die Daten als Grundlagen bei der Neuentwicklung eines Injektors verwendet werden.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Systemschaubild,
Figur 2 ein Kennfeld der Einspritzzyklen,
Figur 3 ein Kennfeld des Schädigungsfaktors,
Figur 4 ein Kennfeld der Kraftstofftemperatur,
Figur 5 ein Kennfeld des Referenz-Einsspritzzyklus und
Figur 6 einen Programmablaufplan. Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten
Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur
Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine
Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7 ein Einzelspeicher als zusätzliches Puffervolumen für den Kraftstoff integriert ist. Als
Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives
Druckbegrenzungsventil 10 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6 in den Kraftstofftank 2 absteuert.
Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches
Motorsteuergerät 9 bestimmt, welches die üblichen Bestandteile eines
Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM) beinhaltet. In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/
Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 9 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur 1 sind exemplarisch folgende
Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 8 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, optional der Einzelspeicherdruck pE und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Signale
zusammengefasst, beispielsweise ein Signal zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber und der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. In Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 9 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 7 (Spritzbeginn/Spritzende) und eine
Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 ,
beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung. Ergänzend ist eine Schnittstelle 15 zum Datenaustausch über das Internet vorgesehen. Über diese Schnittstelle 15 kann der Hersteller der
Brennkraftmaschine Daten auslesen und bei Bedarf frühzeitig reagieren, indem er einen Servicetechniker entsendet. Ebenso kann der Bediener auf die aktuellen Betriebsdaten zugreifen.
Die Figur 2 zeigt ein Kennfeld 1 1 der Einspritzzyklen EZ. Im Kennfeld 1 1 sind in
Abhängigkeit des Raildrucks pCR und der Kraftstoff-Einspritzmasse qV mehrere exemplarische Betriebspunkte der Einspritzzyklen EZ dargestellt. In der Praxis kann dieses Kennfeld als 20 mal 20 Matrix ausgeführt sein. Aus Gründen der besseren Übersicht sind die Einspritzzyklen auf eine Million Einspritzzyklen normiert. So ist beispielsweise der Betriebspunkt EZ(1/4) durch einen Raildruck pCR=1020 bar und eine Kraftstoff-Einspritzmasse qV=30 mg (Milligramm) definiert. Der Betriebspunkt selber besitzt den Wert 45,76 mal einer Million Einspritzzyklen. Der Punkt EZ(9/9) besitzt den höchsten Wert, nämlich 68,32, innerhalb des Kennfelds. Mit anderen Worten: das Kennfeld 1 1 bildet ein Lastkollektiv der Häufigkeit eines Betriebspunkts innerhalb der Raildruck-Einspritzmassenklassen ab.
Die Figur 3 zeigt ein Kennfeld 12 des Schädigungsfaktors HSF. Der Schädigungsfaktor HSF beschreibt die hydrodynamische Belastung des Common-Railsystems. Das Kennfeld 12 zeigt die gleichen Stützstellen des Raildrucks pCR und der Kraftstoff-Einspritzmasse qV wie das Kennfeld 1 1 der Einspritzzyklen EZ. In der Praxis ist daher das Kennfeld 12 ebenfalls als 20 mal 20 Matrix ausgeführt. Innerhalb des Kennfelds 12 sind Werte des Schädigungsfaktors HSF dargestellt. Der höchste Wert innerhalb des Kennfelds 12 ist mit der Ziffer Eins belegt. Dieser Wert entspricht dem kritischsten Betriebspunkt mit der höchsten Verschleißintensität, hier der Punkt HSF(4/8) mit einem Raildruck pCR=1790 bar und einer Kraftstoff-Einspritzmasse qV=210 mg. Zu den beiden Punkten EZ(1/4) und EZ(9/9) des Kennfelds 1 1 korrespondieren die Stützstellen HSF(1/4) und HSF(9/9).
Bestückt wird das Kennfeld 12 entweder mit den Daten aus rückvermessenen
Feldmotoren oder mit Daten aus einem Prüfstandslauf. Die weitere Beschreibung erfolgt in Verbindung mit der Figur 4, in welcher ein Kennfeld 13 der Kraftstofftemperatur TKR dargestellt ist. Das Kennfeld 13 ist als Option vorgesehen, wobei qualitativ eine höhere Kraftstofftemperatur eine höhere Schädigung verursacht. Über das Kennfeld 13 werden die Werte des Schädigungsfaktor HSF gewichtet. Das Kennfeld 13 besitzt daher die gleichen Stützstellen wie die Kennfelder 1 1 und 12. So korrespondiert beispielsweise die Stützstelle TKR(1/4) zur Stützstelle EZ(1/4) im Kennfeld 1 1 und zur Stützstelle HSF(1/4) im Kennfeld 12. Innerhalb des Kennfelds 13 sind die Kraftstofftemperaturen in °C dargestellt. Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam für die Figuren 5 und 6, wobei in der Figur 5 das Kennfeld 14 der Referenz-Einspritzzyklen REZ und in der Figur 6 das Verfahren als Programm-Ablaufplan dargestellt sind. Bei S1 wird der aktuelle Betriebspunkt BP im Kennfeld 1 1 der Einspritzzyklen EZ in Abhängigkeit des Raildrucks pCR und der
Kraftstoff-Einspritzmasse qV abgespeichert, beispielsweise als EZ(9/9). Danach wird bei S2 der hierzu korrespondierende Schädigungsfaktor HSF aus dem Kennfeld 12 ausgelesen, also die Stützstelle HSF(9/9). Optional kann diese Stützstelle auch über die Kraftstofftemperatur gewichtet sein, Schritt S2A. Bei S3 wird dann der Referenz- Einspritzzyklus REZ berechnet, indem der aktuelle Betriebspunkt BP mit dem
Schädigungsfaktor HSF multipliziert wird. Der Wert des Referenz-Einspritzzyklus
REZ(9/9) in der Figur 5 berechnet sich folglich aus dem Wert von EZ(9/9), Wert: 68,32 mal einer Million, multipliziert mit dem Wert von HSF(9/9), Wert: 0,8, zu 54,65 mal einer Million Einspritzzyklen. Die weiteren Werte der Referenz-Einspritzzyklen des Kennfelds 14 berechnen sich in analoger Weise. Im Anschluss wird bei S4 ein Gesamt- Referenzeinspritzzyklus REZ(ges) über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen REZ berechnet. Bei S5 wird die maximale Anzahl der Einspritzzyklen EZ(krit) eingelesen. Ermittelt wird die maximale Anzahl beim Hersteller der Brennkraftmaschine aus
Versuchen auf einem Komponenten-Prüfstand. Ein beispielhafter Wert der maximal zulässigen Einspritzzyklen ist EZ(krit)=100 Millionen Einspritzzyklen, was einer
Gesamtbetriebsdauer des Injektors von 8900 Stunden entspricht. Aus dem Gesamt- Referenzeinspritzzyklus REZ(ges) und der maximalen Anzahl der Einspritzzyklen EZ(krit) wird bei S6 ein Belastungsfaktor Hl über Quotientenbildung berechnet. Der
Belastungsfaktor entspricht der hydrodynamischen Belastung des Injektors. Danach wird bei S7 geprüft, ob der Belastungsfaktor Hl kleiner/gleich als ein Grenzwert GW, beispielsweise GW<1 , ist. Ist dies der Fall, Abfrageergebnis S7: ja, so wird bei S8 eine Restlaufzeit tRP für den problemlosen Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine
prognostiziert und der Programmablauf bei S1 fortgesetzt. Ergibt die Prüfung bei S7, dass der Belastungsfaktor Hl größer als der Grenzwert GW ist, Abfrageergebnis S7: nein, so wird der Belastungsfaktor Hl als maßgeblich für die Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors gesetzt. Hierzu wird bei S9 eine Zeitreserve tRV für den noch verbleibenden Weiterbetrieb berechnet. Anschließend wird bei S10 eine Wartungsempfehlung an den Bediener ausgegeben, wobei die Wartungsempfehlung den Tausch aller Injektoren der Brennkraftmaschine anzeigt. Damit ist dann der Programm-Ablaufplan beendet. Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Kraftstofftank
3 Niederdruckpumpe
4 Saugdrossel
5 Hochdruckpumpe
6 Rail
7 Injektor
8 Rail-Drucksensor
9 Elektronisches Motorsteuergerät
10 Druckbegrenzungsventil
1 1 Kennfeld Einspritzzyklen (EZ)
12 Kennfeld Schädigungsfaktor (HSF)
13 Kennfeld Kraftstofftemperatur (TKR)
14 Kennfeld Referenz-Einspritzzyklen (REZ)
15 Schnittstelle

Claims

MTU Friedrichshafen GmbH Patentansprüche
1. Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors (7) in einem Common- Railsystem, bei dem im laufendem Motorbetrieb ein aktueller Betriebspunkt (BP) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, der aktuelle Betriebspunkt (BP) mit einem Schädigungsfaktor (HSF) multipliziert wird und als Referenz-Einspritzzyklus (REZ) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, bei dem ein Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (REZ(ges)) über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen (REZ) berechnet wird, bei dem ein Belastungsfaktor (Hl) in Abhängigkeit des Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (EZ(ges)) und der zulässigen Einspritzzyklen (EZ(krit)) berechnet wird und der Balastungsfaktor (Hl) als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors (7) gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungsfaktor (Hl) mit einem Grenzwert (GW) verglichen wird, bei Überschreitung des Grenzwerts (HI>GW) eine verbleibende Zeitreserve (tRV) berechnet und eine
Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors (7) generiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des Grenzwerts (HI<GW) eine Restlaufzeit für den Weiterbetrieb prognostiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schädigungsfaktor (HSF) aus einem Schädigungsfaktor-Kennfeld (12) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) und der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) ausgelesen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schädigungsfaktor (HSF) ergänzend in Abhängigkeit einer Kraftstofftemperatur (TKR) gewichtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Schädigungsfaktor-Kennfeld (12) mit Daten aus zurückvermessenen Feldmotoren bestückt wird.
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