-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Diagnose eines Wassereinspritzsystems nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
-
Aus der
DE 10 2016 200 694 ist bereits ein Wassereinspritzsystem mit einem gemeinsamen Druckraum bekannt. Der Druckraum, der als Speichervolumen für Wasser ausgebildet ist, ist mit einer Pumpe und einer Vielzahl von Wassereinspritzventilen verbunden. Durch die Pumpe wird von einem Tank Wasser in den Druckraum gepumpt und es wird dabei ein gewünschter Druck des Wassers im Druckraum erzielt. Durch die Einspritzventile wird Wasser in eine Brennkraftmaschine bzw. in einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingespritzt, um so die Temperatur bei einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine zu beeinflussen. Es kann so der Verlauf der Verbrennung in der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst werden.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, dass eine besonders schnelle und zuverlässige Diagnose des Wassereinspritzsystems erfolgt. Es kann so die Funktion des Wassereinspritzsystems sichergestellt werden, wodurch auch eine positive Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge im Brennraum sichergestellt werden. Es wird so eine Überwachung aller Funktionssysteme der Brennkraftmaschine insbesondere von Funktionssystemen, die einen Einfluss auf das Abgas der Brennkraftmaschine haben, sichergestellt.
-
Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach und zuverlässig erfolgt das Stilllegen der Pumpe, wenn entweder ein Absperrventil in einer Leitung oder aber zusätzlich zu einem elektrischen Abschalten der Pumpe ein Schließen eines Absperrventils erfolgt. Es kann so sichergestellt werden, dass seitens der Pumpe keine Flüssigkeit mehr in den Druckraum gepumpt wird oder aber vom Druckraum über die Pumpe entweichen kann. Die jeweils den einzelnen Ventilen zugeordneten Summen können besonders einfach mit Schwellwerten verglichen werden, um eine Bewertung der Einspritzventile vorzunehmen. Weiterhin können die Summen der einzelnen Einspritzventile miteinander verglichen werden, um Abweichungen einzelner Ventile festzustellen. Dazu kann besonders einfach ein Mittelwert für den Vergleich gebildet werden. In einer weiteren Ausgestaltung besteht dann die Möglichkeit aufgrund dieser Abweichung eine Korrektur der Ansteuerzeiten der einzelnen Einspritzventile vorzunehmen, um die Ventile aneinander anzugleichen.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Wassereinspritzsystems,
- 2 einen Druckverlauf mit einem funktionstüchtigen Einspritzventil,
- 3 einen Druckverlauf mehrerer Einspritzventile,
- 4 einen Zählerverlauf für die Zuordnung zu den verschiedenen Ventilen, und
- 5 Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
-
Beschreibung der Erfindung
-
In der 1 wird ein schematisches Wassereinspritzsystem dargestellt. Das Wassereinspritzsystem der 1 weist einen Druckraum 1 auf, dessen Druck durch eine Drucksensor 2 gemessen wird. Alternativ kann der Drucksensor auch in einer Druckleitung 12 zwischen einer Pumpe 3 und dem Druckraum 1 angeordnet sein. Der Druckraum 1 ist mit einer Vielzahl von Einspritzventilen 4 verbunden, durch die eine Einspritzung von Wasser in eine Brennkraftmaschine, beispielsweise in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine oder direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Weiterhin ist der Druckraum 1 mit einer Pumpe 3 verbunden. Die Pumpe 3 ist über eine erste Leitung 11 mit einem Wassertank 5 verbunden und weiterhin ist die Pumpe 3 über eine zweite Leitung 12 (Druckleitung) mit dem Druckraum 1 verbunden. Wenn die Pumpe 3 betätigt wird pumpt sie Wasser aus dem Wassertank 5 in den Druckraum 1 und beaufschlagt das so in dem Druckraum 1 gepumpte Wasser mit einem Betriebsdruck. Dieser Betriebsdruck wird durch den Drucksensor 2 gemessen und (durch nicht dargestellte elektrische Leitungen) an eine Steuervorrichtung 6 weitergegeben. Optional kann die Pumpe über eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Rücklaufleitung mit dem Tank verbunden sein, die für die Funktion der Pumpe (Insbesondere die Mengensteuerung) von Bedeutung ist. In der Rücklaufleitung können eine Drossel oder ein Rückschlagventil angeordnet sein. Da diese Rücklaufleitung bzw. die genaue Ausgestaltung der Pumpe 3 für die Erfindung nicht von Bedeutung sind, sind diese Details nicht in der 1 dargestellt. Die Steuervorrichtung 6 wertete den Druck im Druckraum 1 aus und steuert entsprechend der Pumpe 3 (durch nicht dargestellte elektrische Leitungen) zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Solldrucks im Druckraum 1 an. Weiterhin ist in der ersten Leitung 11 noch ein Absperrventil 7 bzw. in der zweiten Leitung 12 ein Absperrventil 8 gezeigt, durch die ein zuverlässiges Schließen der ersten Leitung 11 bzw. der zweiten Leitung 12 erfolgen kann.
-
Das in der 1 gezeigte Wassereinspritzsystem ist zur Einspritzung von Wasser in eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Dazu sind die Einspritzventile 4 jeweils in einem Saugrohr oder einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet und können so Wasser in das Saugrohr bzw. direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. Üblicherweise ist dazu entsprechend der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine für jeden Zylinder bzw. für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine ein einzelnes Einspritzventil 4 vorgesehen. Alternativ können auch für jeden Zylinder mehr als ein Ventil vorgesehen sein, beispielsweise ein Ventil zu Wassereinspritzung direkt in den Brennraum und ein Ventil zur Wassereinspritzung in das Saugrohr. In der 1 werden schematisch vier Einspritzventile entsprechend einer Vierzylinderbrennkraftmaschine gezeigt. Die Einspritzung von Wasser erfolgt nicht in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Weiterhin kann es je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine sinnvoll sein, den Betriebsdruck, d.h. der Druck des Wassers, der im Druckraum 1 eingespeichert ist, zu verändern. Diese Ansteuerung des Druckes in einem Druckraum 1 erfolgt durch Ansteuerung der Pumpe, beispielsweise durch die Steuerung 6. Die Steuerung 6 ist daher durch nicht dargestellte elektrische Ansteuerleitungen mit der Pumpe 3 verbunden. Weiterhin erhält das Steuergerät 6 die Drucksignale des Drucksensors 2 und wertet diese insbesondere zur Ansteuerung der Pumpe 3 aus. Das Steuergerät 6 kann als eigenes Steuergerät 6 nur zur Steuerung der Wassereinspritzung ausgebildet sein oder es kann ein Teil eines großen Steuergeräts sein, das neben der Wassereinspritzung auch noch andere Vorgänge, vorzugsweise eine Gesamtsteuerung der Brennkraftmaschine, realisiert. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Drucksignale des Drucksensors 2 bei bestimmten Betriebspunkten zur Diagnose des Wassereinspritzsystems zu verwenden.
-
In der 1 werden zwei Absperrventile dargestellt, wobei in der ersten Leitung 11 ein Absperrventil 7 und in der zweiten Leitung 12 ein Absperrventil 8 vorgesehen ist. Diese Absperrventile werden in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls vom Steuergerät 6 angesteuert, so dass ein definiertes Sperren und Öffnen sowohl der ersten Leitung 11 wie auch der zweiten Leitung 12 möglich ist. Je nach Ausbildung der Pumpe kann es auch ausreichend sein, nur ein einzelnes Absperrventil entweder in der ersten Leitung 11 oder aber in der zweiten Leitung 12 vorzusehen. Dies ist im Wesentlichen dadurch bedingt, ob die Pumpe 3 im ausgeschalteten Zustand dicht ist oder nicht. Weiterhin gibt es auch Pumpentypen, die rein mechanische Rückschlagventile aufweisen, so dass rein durch mechanische Mittel bereits eine Dichtigkeit der Pumpe 3 gegenüber einem Druck im Druckraum 1 bei ausgeschalteter Pumpe vorliegt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Pumpe 3 noch betrieben wird und einfach durch ein Ansteuersignal das Absperrventil 8 geschlossen wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn ein sehr definierter Zeitpunkt der Stilllegung der Pumpe 3 gewünscht ist, der sich nicht durch ein einfaches Abschalten der Pumpe 3 so präzise erreichen lässt. Die Pumpe 3 wird dann im Auslaufen noch kurzzeitig etwas Wasser fördern, was aber durch das geschlossene Absperrventil 8 keinen Einfluss mehr auf den Druck im Druckraum 1 hat. Je nach Ausbildung der Pumpe 3 kann somit statt der gezeigten zwei Absperrventile 7, 8 auch nur ein einzelnes Absperrventil entweder in der ersten Leitung oder der zweiten Leitung vorgesehen sein. Durch die beschriebenen Maßnahmen kann eine Stilllegung der Pumpe erfolgen, wobei bei stillgelegter Pumpe eine Nachförderung von Wasser in den Druckraum durch die Pumpe ausgeschlossen ist, wenn Wasser in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Unter dieser Randbedingung, der Stilllegung der Pumpe, kann somit aus dem Druckverlauf im Druckraum 1 auf die Betätigung der Einspritzventile geschlossen werden.
-
In der 2 wird der Druck P des Drucksensors 2 gegenüber der Zeit t für ein Wassereinspritzsystem dargestellt, bei dem zunächst nur ein einzelnes Einspritzventil überprüft wird. Ausgehend von einem drucklosen Zustand des Wassereinspritzsystems wird die Pumpe 3 eingeschaltet und es erfolgt ein Anstieg des Druckes P im Druckraum 1. Zum Zeitpunkt t1 wird dann die Pumpe stillgelegt. Dieses Stilllegen der Pumpe erfolgt durch Ausschalten der Pumpe 3 und zeitgleiches Schließen des Absperrventils 7 und 8 der 1. Je nach Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems kann dieses Stilllegen der Pumpe auch in einem einfachen Abschalten der Pumpe oder in einem Abschalten der Pumpe mit Schließen eines der vorgesehenen Sperrventile 7 oder 8 erfolgen. Wesentlich ist dabei, dass durch das Stilllegen der Pumpe 3 durch keine Maßnahme mehr auf eine Druckerhöhung im Druckraum 1 hingewirkt wird.
-
Nach dem Zeitpunkt t1 würde also bei einem optimalen dichten Wassereinspritzsystem der Druck im Druckraum 1 zeitlich konstant bleiben. Dieser Fall eines dichten Wassereinspritzsystems 1 wird durch den Verlauf der Kurve 41 vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 dargestellt.
-
Nach dem Zeitpunkt t2 erfolgt nun eine Ansteuerung des einen zu überprüfenden Einspritzventils, was durch die Ansteuerimpulse 42 dargestellt ist. Bei dem Wassereinspritzsystem, welches der 2 zugrunde liegt, wird nur ein einzelnes Wassereinspritzventil 4 überprüft. Als Reaktion auf die Ansteuerimpulse 42 erfolgt somit im Zeitraum t2 bis t3 eine Reduktion des Drucks im Druckraum 1. Jedes Mal, wenn das Einspritzventil 4 durch einen entsprechenden Puls geöffnet wird, wird Wasser aus dem Druckraum 1 heraus in die Brennkraftmaschine eingespritzt. Da die Pumpe 3 stillgelegt ist, wird der Druckraum nicht mehr durch die Pumpe 3 mit weiterem Wasser versorgt. Als Reaktion aus jedem Einspritzimpuls im Zeitraum zwischen t2 und t3 wird sich somit der Druck im Druckraum 1 verringern, was durch die Druckkurve 41 im Zeitraum t2 und t3 dargestellt ist. Durch jedes Öffnen des einen Einspritzventils 4 erfolgt eine Druckreduktion, die durch Messung des Drucks im Druckraum 1 nachweisbar ist.
-
Um ein ausreichend stabiles Drucksignal zu erreichen, ist es dabei vorteilhaft, nicht nur eine einzelne Einspritzung, sondern eine Vielzahl von Einspritzungen nacheinander vorzunehmen. Eine Auswertung des Drucks im Druckraum 1 kann dann entweder nach jeder Einspritzung oder, da hier nur ein einzelnes Ventil überprüft wird, erst am Ende der mehreren Einspritzungen erfolgen. Der Verlauf der Druckkurve 41 der 2 entspricht dabei einem normal funktionierenden Wassereinspritzsystem, da zum Zeitpunkt t2 bereits die statische Dichtheit des Systems und durch Auswertung des Druckes im Zeitraum t2 bis t3 die Funktion der Einspritzventile nachgewiesen ist.
-
In der 2 werden neben der Druckkurve 41 auch noch alternative Druckkurven 43 und 44 gezeigt. Diese alternativen Druckkurven 43 und 44 entsprechen einem funktionierenden Einspritzventil, das jedoch eine Mengenabweichung aufweist. Der Kurvenverlauf 41 des Drucks entspricht einem Solldruckverlauf, für den das Einspritzventil ausgelegt ist. Der Druckverlauf der Kurve 43 entspricht einem Einspritzventil, welches eine Mindermenge einspritzt und der Druckverlauf 44 entspricht einem Einspritzventil, welches eine Mehrmenge aufweist, das heißt mehr einspritzt, als das normale Einspritzventil der Kurve 41. Bedeutend ist dies vor allem, wenn eine Vielzahl von Einspritzventilen 4 vorgesehen ist. Jedes Einzelne der Einspritzventile wird getestet, d.h., jedes dieser Einspritzventile 4 wird hinsichtlich des Einspritzverhaltens untersucht.
-
Wenn dabei Unterschiede bezüglich des Druckverlaufs festgestellt werden, so besteht die Möglichkeit entsprechend eine Kompensation der einzelnen Einspritzventile vorzunehmen. Dazu würde bei einem Einspritzventil, welches einen Verlauf, wie die Kurve 43 zeigt, die Ansteuerzeiten entsprechend verlängert, um eine Mindermenge zu kompensieren. Bei einem Einspritzventil mit einem Druckverlauf entsprechend der Kurve 44 würden die Ansteuerimpulse entsprechend verkürzt, um so die eingespritzte Wassermenge zu reduzieren. Es kann somit durch diese Maßnahme eine Gleichstellung der einzelnen Wassereinspritzventile 4 erreicht werden, indem im Diagnosebetrieb das Einspritzverhalten der einzelnen Einspritzventile 4 untersucht wird und eine Mengenkompensation durch Veränderung der Einspritzdauer erfolgt.
-
Bei einer Brennkraftmaschine mit vielen Zylindern und einer entsprechend hohen Anzahl von Einspritzventilen 4 würde bei einer Überprüfung jedes einzelnen Ventils gemäß der Vorgehensweise der 2, ein erheblicher Zeitaufwand, notwendig sein. In der 3 wird ein verbessertes Verfahren dargestellt, dass eine schnellere Überprüfung insbesondere bei einer Vielzahl von Einspritzventilen 4 ermöglicht.
-
In der 3 wird der Druck P gegenüber der Zeit t in einem Wasser- Einspritzsystem mit einer Vielzahl von Ventilen, insbesondere 8 Einspritzventilen dargestellt. Im Unterschied zur 2 wird jedoch nicht immer nur ein einzelnes Einspritzventilen 4, sondern alle Einspritzventilen 4 nacheinander angesteuert. Es erfolgt dann nach jeder Einspritzung eine Messung des Druckabfalls der durch die jeweilige Einspritzung verursacht wurde. Dazu wird vor der Einspritzung und nach jeder Einspritzung der Druck gemessen und voneinander abgezogen. Hierzu kann es vorteilhaft sein, die gemessenen Druckwerte durch eine geeignete Filterung aufzubereiten. Weiterhin erfolgt eine Zuordnung zu den einzelnen Ventilen, die beispielsweise im Fall von 8 Ventilen, einfach durch die Zahlen 1 bis 8 durchnummeriert sind. Es werden jeweils die Druckabfälle jeder einzelnen Einspritzung für die entsprechenden Einspritzventile aufaddiert und die so gebildete Summe wird den Ventilen zugeordnet.
-
Um eine Zuordnung zu den einzelnen Ventilen zu gewährleisten, wird bei jeder Messung eines Druckabfalls ein Zähler verändert, wobei der Zählerstand der Zahl des betreffenden Ventils entspricht. In der 4 wird synchron zu den in der 3 dargestellten Druckabfällen das Hochzählen eines Zählers von 1 bis 8 dargestellt. Mit jedem Einspritzvorgang und jedem Druckabfall der 3 wird entsprechend der Zählerstand, der in der 4 dargestellt ist, erhöht. Wenn der Zählerstand den Wert 8 erreicht hat so erfolgt bei der nächsten Messung eines Druckabfalls in der 3 ein Rücksprung auf den Zählerstand 1 wie dies in der 4 gezeigt wird. Entsprechend des Zählerstandes wird der jeweils ermittelte Druckabfall einem Einspritzventil 4 zugeordnet.
-
Die so ermittelten Summen für jedes Einspritzventil werden zum Zweck der Diagnose ausgewertet. Als eine Möglichkeit können die so ermittelten Summen mit Vergleichswerten, insbesondere einem 1. Schwellwert und einen 2. Schwellwert verglichen werden. Dabei kann eine Beurteilung eines Einspritzen Ventils als „in Ordnung“ oder als „nicht in Ordnung“ erfolgen. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn die für ein Einspritzventil 4 ermittelte Summe nicht zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt, sondern unterhalb des 1. Schwellwert oder oberhalb des 2. Schwellwerts.
-
Bei einer geringen Anzahl von Druckabfällen, die für die Bildung der Summe berücksichtigt wurden, kann der 1. und 2. Schwellwert in Abhängigkeit von der Anzahl der Druckabfälle und der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine durch Näherungswert, beispielsweise durch Auslesen einer Tabelle, berücksichtigt werden. Wenn eine hohe Anzahl von Druckabfällen für die Bildung der Summe berücksichtigt wird und/oder dabei die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine starken Schwankungen unterworfen sind und/oder sich der Druck im Druckraum 1 während der Messung stark ändert, sollten diese Änderungen genauer berücksichtigt werden.
-
Weiterhin kann die Diagnose auch die einzelnen Summen für die einzelnen Einspritzventile 4 miteinander vergleichen. Wenn dabei einzelne Ventile 4 eine starke Abweichung zu den anderen Ventilen zeigen, so deutet dies auf eine Abweichung des entsprechenden Einspritzventils 4 hin. Dies kann dann, bei sehr starken Abweichungen, wieder für eine „nicht in Ordnung“ Bewertungen verwendet werden. Dabei kann insbesondere ein Mittelwert der Summen für den Vergleich gebildet werden, beispielsweise indem alle Summen addiert und durch die Anzahl der Ventile geteilt werden. Alternativ kann bei der Mittelwertbildung auch die Summe des Ventils das verglichen wird weggelassen werden. Wenn also bei 8 Ventilen das Ventil 1 verglichen wird, so wird die Mittelwertsumme nur über die Ventile 2 bis 8 gebildet. Es wird so der Einfluss eines defekten Ventils auf die Mittelwertbildung verringert. Zur Bildung des Mittelwerts kann natürlich auch ein Median oder komplexere Funktionen verwendet werden.
-
Alternativ kann, bei einer kleineren Abweichung, versucht werden, durch entsprechende Änderungen der Zeitdauer der Ansteuerung, die Abweichung des entsprechenden Ventils 4 zu kompensieren.
-
In der 5 werden beispielhaft Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Diagnose eines Wasser-Einspritzen Systems dargestellt. In einem 1. Schritt 51 beginnt das Verfahren. In einem darauffolgenden Schritt 52 wird, wie oben bereits zur 1 beschrieben, zunächst ein Druck im Druckraum 1 erzeugt und danach die Pumpe 3 stillgelegt. Dabei werden auch die Absperrventile 7 oder 8 geschlossen um einen eventuellen Druckverlust über die Pumpe 3 auszuschließen. Auf den Schritt 52 erfolgt der Schritt 53 in dem die Einspritzung von Wasser in die Brennkraftmaschine erfolgt. Im darauffolgenden Schritt 54 erfolgt nach jeder Einspritzung eine Messung des Druckabfalls im Druckraum 1 durch den Drucksensor 2, wie zur 3 beschrieben wurde. Dabei werden die einzelnen Druckabfälle (das heißt der Druckunterschied vor und nach der Einspritzung) addiert und dem jeweiligen Einspritzventil zugeordnet. Die Zahl des jeweiligen Einspritzventils wird dabei einem Zähler entnommen, der in der 4 dargestellt wurde. Nach der Speicherung der Summe wird der Zähler für die nächste Messung erhöht. Im darauffolgenden Schritt 55 wird entschieden ob noch weitere Messungen erfolgen sollen oder ob bereits ausreichend große Summen bzw. eine ausreichende Anzahl von Einspritzungsvorgängen gemessen wurde. Wenn dies nicht der Fall ist folgt auf den Schritt 55 wieder 53 mit dem das Verfahren fortgesetzt wird. Wenn im Schritt 55 ein Ende der Messung festgestellt wurde so folgt der Schritt 56, in dem eine Auswertung der gebildeten Summen für die jeweiligen Einspritzventile erfolgt. Dabei können unterschiedliche Verfahren verwendet werden, unter Nutzung von Schwellwerten und bzw. oder durch einen Vergleich der Werte unterschiedlicher Ventile. Nach der Diagnose im Schritt 56 endet das Verfahren.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
