DE102021115095B3

DE102021115095B3 - Verfahren und Antriebssteuergerät zur Funktionsprüfung eines Wassereinspritzsystems

Info

Publication number: DE102021115095B3
Application number: DE102021115095.7A
Authority: DE
Inventors: Hong Truc Jung; Stefan Wimmer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2041-06-12

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren (10) zur Funktionsprüfung (11) eines Wassereinspritzsystems mit den folgenden Merkmalen bereit: Bei einer Aktivierung (14) des Wassereinspritzsystems werden Messsignale (15) am Verbrennungsmotor aufgenommen; anhand der Messsignale (15) wird eine Berechnung (16) des durch das Wassereinspritzsystem fließenden Wasservolumenstromes angestellt; und der berechnete Wasservolumenstrom wird mit einem Sollwert (18) verglichen.Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Antriebssteuergerät, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Wassereinspritzsystems. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Antriebssteuergerät, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
Ein an sich bekanntes Verfahren zur Senkung der Ansauglufttemperatur von Verbrennungskraftmaschinen stellt die Wassereinspritzung dar. Hierbei wird Wasser in den Brennraum eines Verbrennungsmotors gespritzt, um die dort herrschende Temperatur zu senken. Die hierzu je nach Betriebszustand des Motors erforderliche Wassermenge wird vom Motorsteuergerät berechnet und von einer Pumpe aus einem Wassertank in ein Rail-System mit Injektoren gefördert.
Bei einwandfreier Funktion des Wassereinspritzsystems entspricht die tatsächlich eingespritzte Wassermenge der wie oben berechneten Sollmenge. Die Funktion des Einspritzsystems mag jedoch zum Beispiel durch Verstopfung der Injektoren oder Verunreinigung des einzuspritzenden Mediums gestört sein. In diesem Fall weicht die reale Einspritzmenge von der Sollmenge ab. Derlei Abweichungen wiederum können zu Funktionsstörungen oder Schäden im Motor führen.
Als Maß für die Menge des tatsächlich eingespritzten Wassers dient der durch das System fließende Volumenstrom. Diese physikalische Größe erweist sich somit als wesentlich für jedwede Diagnose der Funktionstüchtigkeit der Wassereinspritzung.
DE 10 2015 220 721 B4 offenbart ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose der Wassereinspritzung in den Brennraum eines Verbrennungsmotors. Gemäß dieser Patentschrift werden Klopfsensoren zur Bestimmung der Klopfneigung des Verbrennungsmotors herangezogen, um von dieser wiederum auf die Funktionstüchtigkeit der Wassereinspritzung zu schließen.
DE 10 2014 222 474 A1 lehrt die Anpassung der Fluidmenge des Systems zur Zusatzeinspritzung eines Verbrennungsmotors an das Signal von dessen Klopfregelung, welches die Klopfstärke in den Zylindern anzeigt. Ebenso wie in US 6 112 705 A wird anhand weiterer Motorgrößen lediglich die Soll-Wassereinspritzmenge, nicht aber die tatsächlich eingespritzte Wassermenge bestimmt.
In DE 10 2017 122 895 A1 werden ein Verfahren und System zur Steuerung der Wassereinspritzung vorgestellt, in deren Rahmen die Wassernutzung im Motor priorisiert wird. Indes wird auch hier nicht die real eingespritzte Wassermenge berechnet.
DE 10 2017 120 552 A1 und DE 10 2016 219 864 A1 beschreiben Wassereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen, mit denen Wasser in den Brennraum des Verbrennungsmotors gespritzt wird, um eine Klopfneigung zu reduzieren bzw. den Zylinder zu kühlen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Wassereinspritzsystems, ein entsprechendes Antriebssteuergerät, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. Sie eröffnet somit eine Möglichkeit zur Bestimmung des realen Wasservolumenstroms und zu dessen Einbettung in ein Diagnosekonzept zur Identifikation von nicht funktionstüchtigen Zuständen des Wassereinspritzsystems.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt darin, dass der konkrete Wasservolumenstrom berechnet und aus der Differenz von Soll- und Istwert das etwaige Vorliegen eines Funktionsfehlers sowie gegebenenfalls dessen Schwere abgeleitet werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann die Berechnung anhand einer ganzrationalen oder polynomiellen Modellfunktion oder eines neuronalen Netzes erfolgen, welches am Verbrennungsmotor aufgenommene Messsignale auf den Wasservolumenstrom abbildet.
Ein entscheidender Vorteil der in einer entsprechenden Ausführungsform verwendeten Modellfunktion besteht darin, dass sich mit ihrer Hilfe im Antriebssteuergerät eines Kraftfahrzeuges der tatsächliche Volumenstrom des in seinen Verbrennungsmotor eingespritzten Wassers in Echtzeit berechnet lässt, sodass dieser Istwert im Fahrbetrieb für Analyse und Diagnose zur Verfügung steht. Fehlfunktionen des Wassereinspritzsystems können somit zuverlässig detektiert werden.
Das beschriebene Verfahren wird beispielsweise als Softwarefunktion auf dem Steuergerät umgesetzt. Eine derartige Implementierung birgt den Vorteil, dass keine zusätzlichen Sensoren oder anderweitige Hardware für das Verfahren benötigt wird. Die besagte Umsetzung erweist sich somit als kostengünstig und platzsparend.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt exemplarisch eine Versuchsanordnung zur Erzeugung von Trainingsdaten.
2 zeigt zwei Zeitreihen eines gemessenen beziehungsweise berechneten Wasservolumenstromes.
3 zeigt den Ablauf einer Diagnose anhand des Wasservolumenstromes.

Ausführungsformen der Erfindung
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Modellfunktion zur Berechnung der in den Motor eingespritzten Wassermenge herangezogen. Die solchermaßen berechnete Ist-Wassermenge wird mit der entsprechenden Sollmenge verglichen. Überschreitet die Differenz zur Sollmenge einen gewissen Schwellwert, so indiziert dies eine Fehlfunktion (fachsprachlich: das Eintreten eines „Diagnosefalls“).
Die parametrische Modellfunktion wird auf der Grundlage vorverarbeiteter Trainingsdaten entwickelt, die im Rahmen unmittelbar am Wassereinspritzsystem vorgenommener Referenzmessungen des Volumenstromes sowie weiterer Motorsignale erhoben werden. Unter letzteren werden sodann im Zuge einer Merkmalsreduktion für die Berechnung besonders relevante Signale ausgewählt. Schließlich werden die Parameter der Modellfunktion optimiert.
Für die Erzeugung von Trainingsdaten ist es zielführend, dass die Referenzmessungen über repräsentative Drehzahlbereiche des Verbrennungsmotors vorgenommen und Diagnoseereignisse festgehalten werden, welche das Wassereinspritzsystem betreffen. Während der Messungen wird mittels eines Coriolis-Sensors oder anderweitiger externer Messtechnik fortwährend die Ist-Wassermenge neben weiteren Motorsignalen erfasst. 1 illustriert dieses Vorgehen.
Die gemessenen Signale repräsentieren in aller Regel verschiedene physikalische Größen mit unterschiedlichen Wertebereichen. Um sie dennoch einer statistischen Betrachtung zu erschließen, wird jedes Signal zunächst standardisiert oder normiert. Diese sogenannte z-Transformation liefert eine Auswahl von Zufallsvariablen, deren Erwartungswert jeweils null und Varianz jeweils eins beträgt.
Mit den derart vorverarbeiteten Trainingsdaten werden im nächsten Schritt durch eine Merkmalsreduktion gemäß dem Optimierungsalgorithmus die relevanten Eingangssignale für die Modellfunktion ausgewählt. Vorzugsweise bleibt die Anzahl betrachteter Eingangssignale hierbei auf einen vorgegebenen Wert beschränkt.
Schließlich werden im Falle einer polynomiellen Modellfunktion oder eines neuronalen Netzes Gewichtungsparameter der ausgewählten Eingangssignale berechnet. In 2 ist der der durch eine solche Funktion geschätzte Wasservolumenstrom (17) im Vergleich zur mittels eines Coriolis-Sensors vorgenommenen Referenzmessung (21) dargestellt: Wie die Abbildung erkennen lässt, stimmt der berechnete Wert (17) hier näherungsweise mit der Referenzmessung (21) überein.
3 zeigt das auf diese Weise ermöglichte Verfahren (10) zur Funktionsprüfung (11) im Betrieb des Wassereinspritzsystems (12 - 1). Zu diesem Zweck wird bei Aktivierung (14) des Wassereinspritzsystems (12) der Ist-Wasservolumenstrom (17 - 2) und dessen Differenz zum Sollwert (18) berechnet (16). Überschreitet diese Differenz eine gewisse Schwelle, die vorgegeben werden kann, so wird dies als Fehlfunktion des Systems (12) erkannt.

Claims

Verfahren (10) zur Funktionsprüfung (11) eines Wassereinspritzsystems (12) für einen Verbrennungsmotor (13), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - bei einer Aktivierung (14) des Wassereinspritzsystems (12) werden Messsignale (15) am Verbrennungsmotor (13) aufgenommen, - anhand der Messsignale (15) wird eine Berechnung (16) des durch das Wassereinspritzsystem (12) fließenden Wasservolumenstromes (17) angestellt und - der berechnete Wasservolumenstrom (17) wird mit einem Sollwert (18) verglichen.
Verfahren (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Berechnung (16) erfolgt anhand einer Modellfunktion (19) und - die Modellfunktion (19) bildet die Messsignale (15) auf den Wasservolumenstrom (17) ab.
Verfahren (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Messsignale (15) werden vor dem Abbilden einer Standardisierung (20) unterzogen und - die Modellfunktion (19) ist ganzrational.
Verfahren (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Modellfunktion (19) wird durch überwachtes Lernen anhand von Trainingsdaten optimiert und - das Lernen umfasst eine polynomiale Regression oder ein neuronales Netz.
Verfahren (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Trainingsdaten werden durch unmittelbar am Wassereinspritzsystem (12) vorgenommene Referenzmessungen (21) des Wasservolumenstromes (17) erhoben und - die Referenzmessungen (21) werden über repräsentative Drehzahlbereiche (22) des Verbrennungsmotors (13) vorgenommen.
Verfahren (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Wassereinspritzsystem (12) betreffende Diagnoseereignisse (23) werden festgehalten und - die Trainingsdaten umfassen die Diagnoseereignisse (23).
Verfahren (10) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - während der Referenzmessungen (21) werden mittels vom Wassereinspritzsystem (12) unabhängiger Messtechnik (24) ferner verschiedenartige Motorsignale erfasst (25) und - vor der Regression werden die der Berechnung (16) zugrunde zu legenden Messsignale (15) unter den erfassten Motorsignalen ausgewählt.
Antriebssteuergerät zur Durchführung eines Verfahrens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Antriebssteuergerät ist dazu eingerichtet, den Sollwert (18) für den Wasservolumenstrom (17) zu berechnen und das Wassereinspritzsystem (12) zu aktivieren, - das Antriebssteuergerät ist dazu eingerichtet, am Verbrennungsmotor (13) bei der Aktivierung (14) die Messsignale (15) aufzunehmen und - das Antriebssteuergerät ist dazu eingerichtet, anhand der Messsignale (15) die Berechnung (16) des tatsächlichen Wasservolumenstromes (17) durchzuführen.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.