Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffeinspritzsystems.
Aus der
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass es eine sichere und einfache Fehlererkennung im Bereich der Kraftstoffzumessung bietet und im Wesentlichen unabhängig ist von den verwendeten Einspritzkomponenten. D. h. die Vorgehensweise ist sowohl bei Common-Rail-Systemen, als auch bei Pumpe-Düsen-Systemen, bzw. auch bei herkömmlichen Verteilereinspritzpumpen oder Reihenpumpen einsetzbar. Desweiteren ist das Verfahren und die Vorrichtung bei beliebigen Injektoren bei Common-Rail-Systemen, also bei Magnetventilinjektoren und/oder bei Piezoaktoren einsetzbar. Besonders vorteilhaft ist die Überwachung der Steuerung des Einspritzbeginns bzw. der Einspritzlage, da der Stand der Technik hierzu nur unzureichende Überwachungseinrichtungen zur Verfügung stellt.
Eine Überwachung des Einspritzbeginns ist vorteilhaft, da der Einspritzbeginn sowohl Einfluss auf die Leistung der Brennkraftmaschine, als auch auf den Verbrauch der Brennkraftmaschine besitzt. Ferner wirken sich Fehler oder Toleranzen beim Einspritzbeginn auch auf die Abgasemissionen aus.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen wird üblicherweise der Einspritzbeginn gesteuert, um zu gewünschten Zeitpunkten bzw. zu gewünschten Kolbenpositionen der Dieselbrennkraftmaschine Kraftstoff in die Zylinder einzuspritzen. Kommt es zu Fehlern oder Toleranzen, so dass zu früh oder zu spät eingespritzt wird, so wird dies bei üblichen Einspritzsystemen nicht erkannt. Solche Defekte können im Bereich des Steuergeräts, des Einspritzsystems, d. h. der Injektoren und/oder der Sensorelemente, die beispielsweise den Einspritzbeginn und/oder die Stellung der Brennkraftmaschine erfassen, auftreten. Solche Veränderungen des Einspritzbeginns könnten unter anderem eine Veränderung des Emissionsverhaltens, des Fahrverhaltens oder der Geräuschemission zur Folge haben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn lediglich die Änderung der Messwerte zwischen einem ersten Wert und wenigstens einem zweiten Wert überprüft wird. Vorzugsweise wird überprüft, ob diese Änderung des Messwerts in einem erwarteten Fenster liegt, d. h. es wird überprüft, ob die Änderung des Messwerts grö-βer als ein unterer Schwellenwert und kleiner als ein oberer Schwellenwert ist. Liegt die Änderung des Messwerts innerhalb des Fensters, so wird ein fehlerfreier Betrieb und außerhalb des Fensters ein Fehler erkannt. Durch die Auswertung der Änderung aufgrund einer Änderung der Stellgröße können andere Fehlereinflüsse, die sich auf die Kraftstoffeinspritzung auswirken, eliminiert werden. D. h. durch eine gezielte Beeinflussung der Stellgröße und eine anschließende Auswertung der Änderung, die durch diese Veränderung der Stellgröße verursacht wird, können andere Fehlerursachen sicher ausgeschlossen werden und der Fehler besser zugeordnet werden. Insbesondere kann der Fehler der Erfassung der Sensorsignale, der Ermittlung der Stellgröße im Steuergerät und/oder des Stellers, der die Einspritzung durchführt, zugeordnet werden. Dadurch, dass die Verhältnisse zwischen Änderungen der Messgröße ermittelt werden, ist eine noch bessere Zuordnung als durch Auswertung der Änderung möglich.
Als Messgröße wird bevorzugt die Drehzahl oder eine Größe, die das Moment, das von der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird, verwendet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass als Messgröße die Winkelbeschleunigung oder eine andere aus dem Drehzahlsignal und/oder einem Winkelsignal abgeleitete Größe verwendet wird. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Messgröße aus einem Körperschallsignal oder einem Brennraumdrucksignal bestimmt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert. Es zeigen
In
Bei der dargestellten Brennkraftmaschine 100 handelt es sich vorzugsweise um eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Der erste Sensor 110 erfasst ein Signal N, das der Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Abhängig von der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise können ausgehend von dem Drehzahlsignal verschiedene Größen bestimmt werden. So kann beispielsweise durch Filter, wie beispielsweise eine Differentiation, ein Bandpassfilter oder eine diskrete Fourier-Transformation die Winkelbeschleunigung oder andere Derivate des Drehzahlsignals ermittelt werden. Diese Signale können an Stelle Drehzahlsignals N der Steuereinheit 130 zugeführt werden.
Alternativ zu diesem Signal können auch andere Signale, die das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment charakterisieren, erfasst werden. So kann Beispielsweise ausgehend von einem Körperschallsignal oder einem Brennraumdrucksignal eine Größe bestimmt und als Signal verwendet werden, das das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment charakterisiert. Desweiteren können weitere Sensoren vorgesehen sein, die noch weitere Grö-βen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, vorgesehen sein. Solche Sensoren sind beispielsweise Temperatursensoren und/oder Drucksensoren, die die Temperatur der Brennkraftmaschine, den Druck des Kraftstoffes und/oder andere Größen erfassen.
Bei dem Steller 120 handelt es sich vorzugsweise um einen Injektor, der ein Magnetventil oder einen Piezoaktor umfasst. Anstelle eines solchen Stellers können auch andere Steller, die die Kraftstoffzumessung beeinflussen, verwendet werden. Insbesondere kann eine Pumpe-Düse-Einheit, eine Verteilerpumpe oder eine Reihenpumpe vorgesehen sein. Abhängig von dem Ansteuersignal, das von dem Steuergerät 130 bereitgestellt wird, misst der Steller der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. zu einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, eine bestimmte Kraftstoffmenge zu. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass der Bestromungsbeginn des Magnetventils den Beginn der Einspritzung festlegt und das Bestromungsende das Ende der Einspritzung festlegt. Je nach Ausgestaltung des Stellers bzw. dessen Aktors kann auch vorgesehen sein, dass der Bestromungsbeginn das Ende und das Bestromungsende den Beginn der Zumessung festlegt. Die Differenz zwischen Bestromungsbeginn und Bestromungsende bestimmt im Wesentlichen die Bestromungsdauer bzw. die Zumessdauer und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge. Die Steuereinheit 130 ermittelt das Ansteuersignal ausgehend von den Signalen des ersten Sensors und des zweiten Sensors 140.
Der zweite Sensor 140 erfasst insbesondere Größen, die den Betriebszustand des Fahrzeuges oder Umgebungsbedingungen charakterisieren. Hierbei werden insbesondere Temperatur und/oder Druckgrößen erfasst. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass der zweite Sensor bzw. der erste Sensor Größen erfasst, die das Abgassystem der Brennkraftmaschine charakterisieren. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Temperatur oder den Druck im Abgas bzw. in der angesaugten Frischluft.
Ausgehend von den verschiedenen Größen ermittelt das Steuergerät 130 das Ansteuersignal A für den Steller 120. Dabei kann vorgesehen sein, dass lediglich eine Steuerung vorgesehen ist, bei der ausgehend von den Eingangsgrößen eine Stellgröße vorgegeben wird. Desweiteren kann eine Regelung vorgesehen sein, die beispielsweise den Ansteuerbeginn oder eine andere diesen charakterisierende Größe, wie beispielsweise den Einspritzbeginn, den Brennbeginn oder andere Größen regelt, d. h. mit einem Sollwert vergleicht und abhängig von der Abweichung zwischen Soll- und Istwert das Ansteuersignal entsprechend verändert, bis der Sollwert und der Istwert übereinstimmen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kraftstoffzumessung einen wesentlichen Einfluss auf die Abgasemissionen besitzt. Ferner haben Fehler im gesamten System, d. h. im Steller, in der Brennkraftmaschine, in den Sensoren 110 oder im Steuergerät 130 Auswirkungen auf die Kraftstoffzumessung. D. h. bei einem Fehler wird nicht die gewünschte Kraftstoffmenge zu dem gewünschten Zeitpunkt zugemessen. Dies hat wiederum Auswirkungen auf das Verhalten der Brennkraftmaschine, d. h. es tritt unter anderem ein Mehrverbrauch an Kraftstoff und/oder erhöhte Abgasemissionen auf. Beides muss sicher erkannt und vermieden werden.
In
Mit A0 ist der Ausgangswert für den Ansteuerbeginn angegeben. Mit diesem Wert wird das Stellelement üblicherweise bei den vorliegenden Betriebszuständen angesteuert. Ferner sind ein erster Ansteuerwert A1 und ein zweiter Wert A2 für den Ansteuerbeginn eingetragen, bei denen der Ausgangswert A0 um einen kleinen Wert verringert oder um einen kleinen Wert erhöht ist. Die Messwertänderung D1 entspricht dem Quotienten des Messwerts M zwischen dem Zustand mit dem Ansteuerbeginn A0 und dem Ansteuerbeginn A1 an. Entsprechend gibt der Wert D2 den Quotienten der Messwerte zwischen dem Betriebspunkt mit den Ansteuerwert A0 und dem Ansteuerbeginn A2 an. Der Wert D0 nimmt den Wert 1 an, da dieser den Quotienten zwischen dem Ansteuerbeginn A0 und dem Ansteuerbeginn A0 angibt.
Erfindungsgemäß ist nun, wie in
Im anschließenden Schritt 330 wird der Quotient D1, d. h. der Quotient zwischen dem Messwert M1 und dem Messwert M0 ermittelt. Im Schritt 340 wird der Quotient D2, d. h. der Quotient zwischen dem Messwert M2 und M0 berechnet. Im Schritt 350 wird die Differenz V zwischen den zwei Quotienten D1 und D2 ermittelt. Die anschließende Abfrage 360 überprüft, ob die Differenz V kleiner als ein erster Schwellenwert S1 ist. Ist dies der Fall, so endet das Programm in Schritt 370 mit einer Erkennung auf Fehler. Erkennt die Abfrage 360, dass die Differenz V nicht kleiner als der Schwellenwert S1 ist, so folgt die Abfrage 380. Diese überprüft, ob die Differenz V größer oder gleich dem zweiter Schwellenwert S2 ist. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls in Schritt 370 auf Fehler erkannt. Ist dies nicht der Fall, wird in Schritt 390 auf eine fehlerfreien Zustand erkannt.
D. h. gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird überprüft, ob die Differenz der Quotienten von aus der Drehzahl ermittelten Messwerten in einem bestimmten Messfenster liegt, das durch die Werte S1 und S2 definiert ist, wobei S1 kleiner als S2 ist. Ist dies der Fall, d. h. die Messwerte für die Differenz V liegen in diesem Fenster, wird auf einen fehlerfreien und andernfalls auf einen fehlerhaften Betriebszustand erkannt.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass weitere Messpunkte definiert werden, d. h. dass der Ansteuerbeginn um weitere kleinere Beträge oder um einen Betrag zwischen A0 und A1 bzw. zwischen A0 und A2 geändert wird und die entsprechenden Differenzen berechnet und entsprechend ausgewertet werden.
Dies bedeutet, die Drehzahländerungen von verschiedenen Einspritzbeginnen werden ausgewertet. Entsprechen diese Messwerte nicht den in der Applikation festgelegten Werten, so wird dies als Fehler erkannt. Dabei werden bevorzugt nicht die Drehzahlwerte, sondern Drehzahländerungen zwischen dem Ansteuerbeginn, der üblicherweise vorliegt, und dem geänderten Ansteuerbeginn ausgewertet. Besonders vorteilhaft ist es noch, wenn nicht die Drehzahländerungen, sondern die Verhältnisse der Drehzahländerungen ausgewertet werden.
Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Verhältnisse gebildet und diese ebenfalls mit Schwellenwerten verglichen werden. D. h. es wird geprüft, ob eine Änderung des Ansteuerbeginns ein erwartete Änderung der Drehzahl oder einer anderen Messgröße zur Folge hat. Besonders vorteilhaft ist es, wenn anstelle der Drehzahl eine Größe ausgewertet wird, die das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Moment charakterisiert.
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