DE102010029064A1

DE102010029064A1 - Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE102010029064A1
Application number: DE201010029064
Authority: DE
Inventors: Buelent BARCIN; Tanja Marcelot; Claus Linsenmaier; Dean Sarcevic; Cem Karaca
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Also published as: CN102251898A; CN102251898B; FR2960262A1

Abstract

Ein Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei dem das Einspritzventil druckgesteuert betrieben wird und bei einer Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Öffnungs- und Schließereignisse während einer Druckbeaufschlagung als periodische Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil erfasst werden (10), die Druckänderungen mit Referenzdruckänderungen eines fehlerfreien Einspritzventils verglichen werden (30), und bei einem Abweichen der erfassten Druckänderungen von den Referenzdruckänderungen auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen wird (40).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei das Einspritzventil druckgesteuert betrieben wird und bei einer Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden.
Stand der Technik
Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine oder zur Einspritzung von anderen flüssigen Medien sind angesteuerte Einspritzventile bekannt. Einspritzventile oder Einspritzdüsen umfassen oftmals einen Düsenkörper und eine Düsennadel. Die Düsennadel wird von Druckfedern in den sogenannten Düsensitz gedrückt und verschließt damit den oder die Spritzöffnung(en). Durch den Kraftstoffdruck entsteht eine senkrecht wirkende Druckkraft. Ist diese größer als die Federkraft, wird die Nadel entgegen der Federkraft nach oben gedrückt, sodass die Spritzöffnung freigegeben und Kraftstoff eingespritzt wird. Sobald der Druck wieder abfällt, schließt sich die Düse.
Die Kraftstoffeinspritzungen müssen sehr präzise und genau erfolgen, da hiervon der Verbrennungsvorgang maßgeblich gesteuert wird. Es ist daher wünschenswert, das Einspritzverhalten der Einspritzventile und allgemein deren Funktion zu überwachen, um Fehler in dem Einspritzsystem rechtzeitig erkennen und gegebenenfalls weitere Folgeschäden verhindern zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von druckgesteuerten Einspritzventilen einer Einspritzeinrichtung, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, anzugeben, mit dem die Einspritzventile in einfacher und robuster Weise diagnostiziert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung geht von einem druckgesteuerten Betrieb des Einspritzventils aus, wobei durch die Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden. Im geschlossenen Zustand verschließt die Düsennadel durch eine Federvorspannung das Spritzloch oder die Spritzlöcher. Bei Beaufschlagung mit einem ausreichend hohen Druck hebt sich die Düsennadel von dem Sitz ab, sodass die Öffnung(en) frei werden (bzw. wird) und beispielsweise Kraftstoff in einen Brennraum eingespritzt wird. Durch die Öffnung des Ventils wird in der Leitung zum Einspritzventil ein Druckeinbruch verursacht, der dazu führt, dass der Öffnungsdruck unterschritten wird und das Ventil wieder schließt. Anschließend baut sich der Druck erneut auf und öffnet das Ventil. Während der Druckbeaufschlagung wiederholen sich diese Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil mit einer bestimmten Frequenz, die auch als „Schnarrfrequenz” bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Schnarrfrequenz, um die Funktion des Einspritzventils zu. überwachen. Erfindungsgemäß werden die periodischen Öffnungs- und Schließereignisse während der Druckbeaufschlagung als periodische Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil erfasst. Diese Druckänderungen werden mit den Druckänderungen eines fehlerfreien Einspritzventils als Referenzdruckänderungen verglichen und bei einem Abweichen der erfassten Druckänderungen von den Referenzdruckänderungen außerhalb vorgebbarer Toleranzbereiche auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil erfasst werden. Hierfür ist ein Drucksensor dem Einspritzventil vorgeschaltet. Da Drucksensoren in dieser Position üblicherweise ohnehin verbaut sind, bedarf es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keiner weiteren Komponenten, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Systemen eingesetzt werden kann. Das Verfahren erlaubt auf sehr einfache Weise eine Überwachung der Funktion des Einspritzventils. Sobald die zu erwartende Schnarrfrequenz für das jeweilige Einspritzventil nicht oder in abweichender Weise feststellbar ist, ist davon auszugehen, dass ein Fehler vorliegt. Eine mögliche Fehlerursache kann beispielsweise ein blockiertes Ventil sein, das offen oder geschlossen klemmt. Weitere Fehlermöglichkeiten sind eine gebrochene Ventilfeder, Leckagen oder Luft im Einspritzventil.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem für die Überwachung von Einspritzventilen für Kraftstoffeinspritzeinrichtungen geeignet. Das Verfahren kann jedoch auch für andere druckgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden, beispielsweise für eine Reduktionsmitteldosiereinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den erfassten Druckänderungen während der Druckbeaufschlagung des Einspritzventils eine die Druckänderungen repräsentierende Größe ermittelt. Diese Größe wird mit einer entsprechenden Größe der Referenzdruckänderungen verglichen und bei einem Abweichen der Größen auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen. Bei der repräsentierenden Größe kann es sich beispielsweise um die Frequenz der Druckänderungen handeln. In einer anderen Ausführungsform kann als repräsentierende Größe die Amplitude der Druckänderungen herangezogen werden. Wenn also eine veränderte Frequenz des Schnarrens oder ein verändertes Frequenzspektrum des Schnarrens im Drucksignal feststellbar ist, ist davon auszugehen, dass ein Fehler am Ventil vorliegt. Bei einem fehlenden Schnarren, also bei einer Frequenz gleich 0 und/oder einer Amplitude gleich 0, ist ebenfalls von einem fehlerhaften Einspritzventil auszugehen. In diesem Fall liegt in der Regel eine Blockierung des Ventils vor.
Beispielsweise kann für die die Druckänderungen repräsentierende Größe ein Schwellenwert vorgegeben werden und bei einem Unter- oder Überschreiten des Schwellenwerts, je nach Ausgestaltung der Größe, kann auf einen Fehler geschlossen werden. Geeignete Schwellenwerte können empirisch für verschiedene Betriebszustände bestimmt und in einem Kennfeld hinterlegt werden. Die applizierbaren Schwellenwerte können regelmäßig oder bei Bedarf aktualisiert werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Mit einem solchen Computerprogramm lässt bzw. lassen sich in sehr vorteilhafter Weise das oder die Einspritzventil(e) einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen überwachen. Der besondere Vorteile des Computerprogramms ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ohne dass weitere Komponenten in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingebaut werden müssten. Es ist lediglich die Erfassung von Drucksensorsignalen in der Zuleitung zum Einspritzventil erforderlich. Da entsprechende Drucksensoren in der Regel vorhanden sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den bestehenden Komponenten durchgeführt werden. Es ist lediglich eine Anpassung der Auswertesoftware durch Aufspielen des auf dem Computerprogrammprodukt gespeicherten Computerprogramms beispielsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine erforderlich.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 der zeitliche Verlauf des Drucks in der Zuleitung eines Einspritzventils als sogenannte Schnarrfrequenz und
2 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 illustriert zunächst die an sich bekannte Schnarrfrequenz eines Einspritzventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wenn das Einspritzventil mit Druck beaufschlagt wird. Gezeigt ist der zeitliche Verlauf des Drucksignals, das in der Leitung zum Einspritzventil erfassbar ist. Der zeitliche Bereich, in dem das Einspritzventil mit Druck beaufschlagt wird, ist mit „A” bezeichnet, der zeitliche Bereich ohne Druckbeaufschlagung mit „B”. Das Einspritzventil ist so ausgelegt, dass das Ventil bei einem ausreichend hohen Druck, dem sogenannten Öffnungsdruck, öffnet. Dieser Öffnungsdruck wird in der Zeitspanne A angelegt. Das Öffnen des Ventils durch den Öffnungsdruck verursacht in der Leitung zum Einspritzventil einen Druckeinbruch. Hierdurch wird der Öffnungsdruck unterschritten, sodass das Ventil schließt. Durch das Schließen des Ventils kann sich der Druck erneut aufbauen, bis der Öffnungsdruck wieder erreicht ist. Die durch die Öffnungs- und Schließmomente bewirkten Druckänderungen sind durch einen in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung angeordneten Drucksensor erfassbar. Diese periodischen Druckänderungen, die aus den Öffnungs- und Schließereignissen am Einspritzventil resultieren, sind in der 1 als Druckfrequenz im Zeitabschnitt A sichtbar. Die für ein Einspritzventil typische Frequenz wird dabei als Schnarrfrequenz bezeichnet. Nach Beendigung der Druckbeaufschlagung (Zeitperiode B) bleibt das Einspritzventil geschlossen und der Druck in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung fällt schlagartig ab.
Als Schnarrfrequenz im engeren Sinne wird die Öffnungs- und Schließfrequenz am Dosierventil bezeichnet. Erfindungsgemäß wird diese Schnarrfrequenz als periodische Druckschwankung in der Leitung erfasst. Dieses Drucksignal wird herangezogen, um zu überprüfen, ob die zu erwartende Schnarrfrequenz vorliegt oder nicht. Sobald eine Abweichung von der zu erwartenden Schnarrfrequenz feststellbar ist, ist darauf zu schließen, dass ein Fehler vorliegt. Hierfür werden die erfassten Drucksignale mit Referenzdrucksignalen, die ein fehlerfreies Einspritzventil repräsentieren, verglichen und bei einem Abweichen auf einen Fehler geschlossen. Die Referenzwerte, beispielsweise bezogen auf die Frequenz oder die Amplitude des Drucksignals, die ein fehlerfreies System repräsentieren, können beispielsweise als Kennlinien in einem Steuergerät hinterlegt sein. Vorzugsweise können die hinterlegten Werte regelmäßig oder bei Bedarf aktualisiert werden.
2 zeigt in schematischer Weise ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Verfahrens wird in einem Schritt 10 das Drucksignal erfasst, das während der Druckbeaufschlagung zur Ansteuerung des Einspritzventils in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung messbar ist. In einem Schritt 20 werden die erfassten Druckänderungen, also die Druckfrequenz analysiert, indem insbesondere eine die erfasste Druckfrequenz repräsentierende Größe ermittelt wird, beispielsweise die Frequenz oder die Amplitude der Druckänderungen. In einem Schritt 30 wird die ermittelte Größe mit einem Sollwert oder Referenzwert verglichen. Der Sollwert kennzeichnet insbesondere die zu erwartende Schnarrfrequenz eines fehlerfreien Einspritzsystems. Aus dem Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert wird darauf geschlossen, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, sodass eine entsprechende Fehlermeldung 40 gegebenenfalls ausgegeben werden kann.
Auf einen Fehler ist beispielsweise zu schließen, wenn die Frequenz der Druck änderungen gegenüber dem Sollwert verändert ist, wenn das Frequenzspektrum, insbesondere die Amplitude der Druckänderungen, verändert ist oder wenn das Frequenzsignal fehlt. Mögliche Fehlerursachen können beispielsweise ein offen oder geschlossen klemmendes Ventil sein, eine gebrochene Ventilfeder, Leckagen, Luft im Einspritzventil oder ein Fehler in der Ansteuerung des Einspritzventils.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei das Einspritzventil druckgesteuert betrieben wird und bei einer Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, dass – die periodischen Öffnungs- und Schließereignisse während einer Druckbeaufschlagung als periodische Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil. erfasst werden (10), – die Druckänderungen mit Referenzdruckänderungen eines fehlerfreien Einspritzventils verglichen werden (30), und – bei einem Abweichen der erfassten Druckänderungen von den Referenz-Druckänderungen auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen wird (40).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den erfassten Druckänderungen eine die Druckänderungen repräsentierende Größe ermittelt wird (20), die mit einer die Referenzdruckänderungen repräsentierenden Größe verglichen wird (30).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die repräsentierende Größe die Frequenz der Druckänderungen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die repräsentierende Größe die Amplitude der Druckänderungen ist.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.