DE19946506C1 - Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem einer an einem Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-Einspritzanlage - Google Patents
Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem einer an einem Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-EinspritzanlageInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem einer an einem Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-Einspritzanlage, die einen aus einer Hochdruckpumpe gespeisten Kraftstoff-Druckspeicher mit Auslässen zur Versorgung mehrerer Kraftstoffinjektoren und einen den Speicherdruck regelnden Regelkreis mit einer Meßeinrichtung enthält, die ein für den Istwert des Speicherdruckes repräsentatives Druckmeßsignal liefert. Erfindungsgemäß wird das Druckmeßsignal für Beobachtungszwecke mit einer zeitlichen Auflösung registriert, welche die periodischen Druckschwankungen abbildet, die sich durch das periodische Betätigen der Injektoren und/oder durch aufeinanderfolgende Kolbenhübe der Hochdruckpumpe ergeben. Es wird eine Fehlermeldung gegeben, wenn die Periodizität des so registrierten Druckmeßsignals hinsichtlich der Amplitude und/oder Gleichförmigkeit der Schwankungen deutlich von dem Muster abweicht, das bei fehlerfreiem Betrieb des Systems zu erwarten ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von
Fehlfunktionen im Drucksystem einer Kraftstoff-
Einspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Neuere Kraftstoff-Einspritzanlagen für Verbrennungsmoto
ren arbeiten mit einem Hochdruckspeicher als gemeinsamer
Quelle ("Common Rail") für den Einspritzdruck. Der Speicher
druck wird mittels einer Hochdruckpumpe, meist einer Radial
kolbenpumpe, erzeugt, und die Druckregelung erfolgt durch ge
regeltes Öffnen und Schließen eines vom Speicher zum Tank
rückleitenden Entlastungsventils (Druckregelventil). Der
hierzu verwendete Regelkreis enthält eine Messeinrichtung,
die ein für den Istwert des Speicherdrucks repräsentatives
Messsignal liefert, um Abweichungen gegenüber dem Solldruck
festzustellen und über eine Regelstrecke den Durchfluss am
besagten Ventil im Sinne einer Ausregelung der Abweichungen
zu beeinflussen.
Bei einer Common-Rail-Einspritzanlage muss die Messung
und Regelung des Kraftstoffdrucks sicher und genau erfolgen.
Eine zu große Abweichung des Drucks vom Sollwert, etwa be
dingt durch fehlerhafte Messung oder durch Fehlfunktion der
Hochdruckpumpe, kann eine Zerstörung der Einspritzanlage und
des Verbrennungsmotors zur Folge haben. Deshalb ist es wün
schenswert, Fehler im Betrieb des Drucksystems schnell und
sicher zu detektieren.
Bisherige Überwachungsverfahren arbeiten mit einer Be
reichsabfrage und Gradientenüberprüfung des Druckmesssignals.
Der gesamte Signalbereich wird aufgeteilt in einen unteren
Diagnosebereich, den nominellen Arbeitsbereich und einen obe
ren Diagnosebereich. Liegt das Messsignal innerhalb des nomi
nalen Arbeitsbereichs, so wird es hinsichtlich der Bereichsabfrage
als gültig erkannt. Die Gradientenüberprüfung über
wacht die Änderungsrate des Druckmesssignals; ist sie höher
als ein Schwellenwert, dann wird auf das Vorliegen eines Feh
lers erkannt. Mit dieser Strategie ist es nicht möglich, Feh
ler im Meßsystem selbst zu erkennen, etwa einen Fehler, der
zum Verharren des Druckmesssignals auf einem konstanten Pegel
innerhalb des gültigen Arbeitsbereichs führt. Ebenso wenig
möglich ist die sichere Erkennung von Normabweichungen im Be
trieb der Hochdruckpumpe, etwa der Beginn eines alterungsbe
dingten Nachlassens der Förderleistung. Solche Fehlfunktionen
führen zumindest im Anfangsstadium nicht immer dazu, dass das
Druckmesssignal den nominalen Arbeitsbereich verlässt, da ih
re Wirkung auf den Speicherdruck vom Regelkreis kompensiert
wird; dennoch ist ein rechtzeitiges Erkennen wünschenswert,
um Schlimmerem durch rechtzeitige Gegenmaßnahmen vorbeugen zu
können.
Aus der DE 197 40 608 A1 ist ein Verfahren zur Bestim
mung wenigstens einer kraftstoffeinspritzbezogenen Kenngröße
für einen Verbrennungsmotor, der über eine Kraftstoffein
spritzanlage mit einem Hochdruckspeicher verfügt, bekannt.
Mit Hilfe eines Drucksensors wird dabei permanent der Druck
verlauf in dem Hochdruckspeicher gemessen und daraus ein zu
gehöriges Druckverlaufsmuster gewonnen. Dieses Druckverlaufs
muster kann dazu dienen, für jeden Brennraum und jeden Ein
spritzvorgang eine oder mehrere Kenngrößen zu deren Steuerung
zu bestimmen. Dazu wird das Druckverlaufsmuster mit einem
Verfahren zur Mustererkennung analysiert und die Kenngrößen
festgestellt. Das Verfahren eignet sich auch dazu, größere
Defekte wie beispielsweise den Ausfall eines Injektors zu di
agnostizieren und den ausgefallenen Injektor zu ermittelt.
Weiterhin kann festgestellt werden, ob ein Leck in der Ein
spritzanlage vorliegt. Weiterhin ist aus der DE 195 20 300 A1
ein Verfahren bekannt, mit dem ein Leck in einem Kraftstoff
versorgungssystem einer Brennkraftmaschine erkannt werden
kann. Hierbei wird bei geschlossenen Injektoren und geschlos
senem Ventil in der Zuleitung zu den Injektoren der Druckan
stieg aufgrund der Kraftstoffförderung der Hochdruckpumpe mit
einem zu erwartenden Druckanstieg verglichen. Auf ein Leck
wird dann geschlossen, wenn der Druckanstieg nicht in einem
zu erwartenden Bereich liegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu
stellen, in dem alle wesentlichen Fehlfunktionen im Drucksys
tem einer Kraftstoffeinspritzanlage erkannt und angezeigt
werden, insbesondere auch Fehlfunktionen der Druckmessein
richtung und des Pumpsystems.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent
anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausfüh
rungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Mit der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei
Drucksystemen für Common-Rail-Einspritzanlagen im störungs
freien Betrieb immer periodische Schwankungen des Speicher
drucks auftreten, bedingt durch den zyklischen Betrieb der
Injektoren und, im Falle einer Kolbenpumpe, auch bedingt
durch die Kolbenhübe. Besagte Druckschwankungen haben nicht
nur eine bekannte Frequenz bzw. Periodendauer, die von der
momentanen Motordrehzahl abhängt, sondern zeigen auch ein
charakteristisches Muster hinsichtlich Amplitude, Phase und
Gleichmäßigkeit der einzelnen Ausschläge. Der Erfindungsge
danke besteht darin, diese Charakteristik zur Fehlerkennung
auszuwerten.
Dementsprechend ist das Verfahren, bei dem das Druck
messsignal für Beobachtungszwecke mit einer zeitlichen Auflö
sung registriert wird, welche die periodischen Druckschwan
kungen abbildet, die sich durch das periodische Betätigen der
Injektoren und/oder durch aufeinanderfolgende Kolbenhübe der
Hochdruckpumpe ergeben, und bei dem eine Fehlermeldung gege
ben wird, wenn die Periodizität des so registrierten Druck
messsignals hinsichtlich der Amplitude und/oder Gleichförmig
keit der Schwankungen deutlich von dem Muster abweicht, das
bei fehlerfreiem Betrieb des Systems zu erwarten ist, erfin
dungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Registrierung
des hochaufgelösten Druckmesssignals periodisch in aufeinanderfolgenden
Beobachtungsintervallen erfolgt, deren jedes zu
mindest eine volle Periode der im fehlerfreien Betrieb des
Systems auftretenden periodischen Schwankungen dieses Signals
umfasst. Hierbei wird ermittelt, wie groß die Differenz zwi
schen dem maximalen und dem minimalen Wert des Druckmesssig
nals innerhalb eines oder mehrerer Beobachtungsintervalle
ist. Eine Fehlermeldung wird gegeben, wenn die ermittelte
Differenz deutlich kleiner ist als die sich bei fehlerfreiem
Betrieb ergebende Differenz.
Das Druckmesssignal wird mit einer zeitlichen Auflösung
genutzt, welche die inhärenten normalen periodischen Schwan
kungen des Speicherdrucks abbildet. Da diese Schwankungen re
lativ hochfrequent sind und amplitudenmäßig in relativ engen
Grenzen bleiben, brauchen sie vom Regelkreis nicht kompen
siert zu werden. Für den Common-Rail-Betrieb genügt es daher,
die Zeitkonstante der Regelung wesentlich größer als die Pe
riodendauer der besagten Schwankungen zu bemessen.
Diese Verfahrensstrategie erlaubt es, Fehler zu erken
nen, die mit bisher bekannten Strategien unerkannt blieben.
Hierzu zählen Fehler in der Druckmesseinrichtung, die dazu
führen, dass das Druckmesssignal auf einem konstanten Wert
innerhalb des Regelungsbereichs verharrt, ohne auf den wirk
lichen Speicherdruck zu reagieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch
frühzeitig Ausfälle oder Alterungserscheinungen der Hoch
druckpumpe erfassen. Die absolute Höhe der durch die Kolben
hübe der Hochdruckpumpe bedingten Pulsation des Druckmesssig
nals und die zeitliche Veränderung ist ein Maß für den Alte
rungszustand der Hochdruckpumpe. Vorzugsweise wird zur dies
bezüglichen Diagnose das Drucksystem ohne Betätigung der In
jektoren betrieben, und die Dauer jedes Beobachtungsinter
valls ist mindestens gleich der Periode des Taktes aufeinan
derfolgender Kolbenhübe der Hochdruckpumpe.
In ähnlicher Weise, wie es vorstehend für die Diagnose
der Hochdruckpumpe beschrieben ist, können durch entsprechen
de Abstimmung der Beobachtungsintervalle auf den Einspritztakt
auch Funktionsstörungen bzw. Unregelmäßigkeiten der In
jektoren erkannt werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich auch so ges
talten, dass Ungleichförmigkeiten in der Förderleistung der
verschiedenen Pumpenkolben erkannt werden. Zur diesbezügli
chen Diagnose einer Hochdruckpumpe mit n Kolben wird die Dau
er jedes Beobachtungsintervalls gleich der Periode des Taktes
aufeinanderfolgender Kolbenhübe der Hochdruckpumpe bemessen.
Die Registrierung des Druckmesssignals erfolgt über mindes
tens n aufeinanderfolgende Beobachtungsintervalle, und zwar
unter derartiger Synchronisierung mit dem Lauf der Hochdruck
pumpe, dass jedes Beobachtungsintervall ein dem betreffenden
Kolben zugeordnetes Segment des Druckmesssignals beinhaltet.
Die Segmente werden miteinander verglichen, und es wird eine
Fehlermeldung gegeben, wenn im Druckmesssignal eine über ein
tolerierbares Maß hinausgehende Abweichung zwischen aufeinan
derfolgenden Segmenten gefühlt wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt stark vereinfacht den grundlegenden Aufbau
einer Common-Rail-Einspritzanlage für einen Verbrennungsmo
tor.
Fig. 2 zeigt in hoher zeitlicher Auflösung die periodi
schen Schwankungen des Druckmesssignals, wie es am Druckspei
cher der in Fig. 1 gezeigten Anlage bei laufendem Einspritz
betrieb erhalten wird.
Fig. 3 zeigt schematisch die Schwankungen des Druckmess
signals ohne Einspritzbetrieb und im Falle gleichförmiger
Förderleistung der Hochdruckpumpe.
Fig. 4 zeigt, wie sich der Signalverlauf nach Fig. 3 im
Falle ungleichförmiger Pumpenförderung ändert.
In der Einspritzanlage nach Fig. 1 wird mittels einer
Niederdruckpumpe 11, die vorzugsweise eine Zahnradpumpe ist,
über eine Fluidleitung 10 Kraftstoff wie z. B. Dieselöl aus
einem (nicht gezeigten) Tank gefördert und dann einer Hoch
druckpumpe 12 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 12 ist üblicher
weise eine Radialkolbenpumpe mit mehreren sternförmig angeordneten
Zylindern, in denen Verdichterkolben zyklisch durch
einen umlaufenden Exzenter angetrieben werden. Die Welle der
Hochdruckpumpe 12 wird ihrerseits von der Kurbelwelle des mit
der Einspritzanlage arbeitenden Dieselmotors (nicht gezeigt)
angetrieben, vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe.
Die Hochdruckpumpe 12 speist über eine Fluidleitung 13
einen Hochdruckspeicher ("Rail") 14, bei dem es sich übli
cherweise um ein Gefäß aus Gusseisen handelt, um den erfor
derlichen hohen Speicherdruck in der Größenordnung von 1800 bar
auszuhalten. Auslasse 15 des Hochdruckspeichers 14 führen
zu Kraftstoffinjektoren (nicht gezeigt) am Verbrennungsmotor,
die zyklisch in geeigneter Weise angesteuert werden, synchro
nisiert mit der Kurbelwellendrehung des Motors, um den Kraft
stoff zu geeigneten Zeitpunkten und in jeweils geeigneter
Menge unter hohem Druck in die Zylinder des Motors einzu
spritzen. Die Injektorsteuerung erfolgt abhängig von ver
schiedenen Betriebsparametern des Motors und von Steuervorga
ben wie etwa der Stellung des Gaspedals eines den Motor ent
haltenen Kraftfahrzeuges.
Um den Fluiddruck im Hochdruckspeicher 14 auf dem vorge
schriebenen Pegel zu halten, ist ein Regelkreis vorgesehen,
der einen Drucksensor 16 mit nachgeschaltetem Messumformer 17
enthält, der ein für den Istdruck des Hochdruckspeichers 14
repräsentatives Druckmesssignal erzeugt, etwa eine elektri
sche Spannung. Im vorliegenden Fall ist diese Messkette 16,
17 so ausgebildet, dass das Druckmesssignal mit einer hohen
Zeit- und Messwertauflösung erhalten wird, um sämtliche
Druckschwankungen im Speicher 14 erkennbar anzuzeigen, auch
die relativ hochfrequenten und mit relativ niedriger Amplitu
de auftretenden Oszillationen, die durch die einzelnen Kol
benhübe der Hochdruckpumpe 12 und die zyklische Betätigung
der Injektoren verursacht werden.
Zum Zwecke der Druckregelung wird das Druckmesssignal
tiefpassgefiltert, z. B. in einem Mittelwertbildner 19, der
den Mittelwert über eine halbe Kurbelwellenumdrehung des Mo
tors bildet. Das gemittelte Druckmesssignal wird in einem
Vergleicher 20 mit einem Sollwert verglichen, der dem gewünschten
Speicherdruck entspricht. Das die Sollwert-Istwert-
Differenz anzeigende Regelabweichungssignal steuert über eine
Stelleinrichtung 21 ein Druckregelventil 22 im Sinne einer
Minimierung der Regelabweichung.
Das Druckregelventil 22 verbindet einen gesonderten Aus
lass 23 des Hochdruckspeichers 14 mit einer zum Tank führen
den Rücklaufleitung 25. Die Stelleinrichtung 21 kann Mittel
zur Erzeugung eines mit fester, relativ hoher Frequenz von
z. B. 350 Hz oszillierenden Signals zum periodischen Drosseln
des Ventils 22 enthalten, was vorzugsweise durch Beaufschla
gung eines Solenoids erfolgt, welches eine Federvorspannung
des Ventilkörpers beeinflusst. Dieses Signal wird vom Re
gelabweichungssignal pulsbreitenmoduliert, derart dass das
Tastverhältnis der Drosselung und somit die mittlere Durch
flussmenge im Sinne einer Reduzierung der Regelabweichung va
riiert wird.
Als adaptive Vorsteuerung kann an der Hochdruckpumpe 12
ein Volumenstromregelventil 26 vorgesehen sein, welches das
Ansaugvolumen der Hochdruckpumpe abhängig von den Steuervor
gaben für den Motorbetrieb steuert.
Erfindungsgemäß werden charakteristische Merkmale von
Schwankungen in dem vom Messumformer 17 gelieferten hochauf
gelösten Druckmesssignal erfasst, um Fehlfunktionen der Mess
kette 16, 17 und der Hochdruckpumpe 12 zu erkennen. Charakte
ristische Verlaufsformen dieses Druckmesssignals bei ver
schiedenen Betriebszuständen der Einspritzanlage sind in den
Fig. 2, 3, und 4 gezeigt.
Die Fig. 2 zeigt in zeitlich hoher Auflösung die Schwan
kungen des Druckmesssignals bei laufender Einspritzung. Bei
einem vierzylindrigen Viertakt-Dieselmotor gibt es jeweils 2
Einspritzvorgänge pro Umdrehung der Kurbelwelle. Bei jeder
Einspritzung fällt der Speicherdruck um relativ kleines Maß
steil ab, um dann etwas allmählicher wieder anzusteigen, ge
mäß der Förderleistung der Hochdruckpumpe 12. Das Druckmess
signal schwankt somit periodisch zwischen einem Maximalwert
und einem Minimalwert. Bei einer Motordrehzahl (Kurbelwellen
drehzahl) von z. B. 1000 U/min ist die Periode TE der einspritzbedingten
Schwankungen des Druckmesssignals gleich 30 ms.
Diesem speziellen Fall entspricht die Darstellung in Fig.
2 (die in dieser Figur ebenfalls zu erkennende höherfrequente
Welligkeit wird durch systembedingte hydrodynamische Schwin
gungen hervorgerufen und ist vernachlässigbar).
Die Schwankungsbreite ist klein im Vergleich zum Abso
lutwert des Speicherdrucks, typischerweise beträgt sie etwa
3% des Speicherdruck-Sollwertes, also etwa 30 bis 70 bar im
Falle eines Solldrucks von 1500 bis 1800 bar. Ist die Mess
kette 16, 17 z. B. so geeicht, dass dieser Solldruck mit 4 Volt
im Druckmesssignal angezeigt wird, dann beträgt die
Schwankungsbreite etwa 120 mV, genauer gesagt zwischen +40 mV
und -80 mV gegenüber dem Sollwert von 4 V. Die Ordinatenskala
in Fig. 2 entspricht diesem Eichungsbeispiel.
Den in Fig. 2 gezeigten Schwankungen mit der Periode TE
überlagern sich noch Schwankungen mit einer (meist etwas län
geren) Periode, die von den Kolbenhüben der Hochdruckpumpe 12
herrühren. Auf diese pumpenbedingten Schwankungen wird weiter
unten noch näher eingegangen.
Da bekannt ist, welches Muster die Schwankungen im stö
rungsfreien Betrieb der Einspritzanlage haben, lassen sich
Funktionsstörungen anhand von Abweichungen des tatsächlichen
Musters gegenüber dem bekannten Muster detektieren. Somit
sieht die Erfindung vor, eine Fehlermeldung zu geben, wenn
sich eine deutliche Abweichung zeigt.
Wenn die Schwankungen im Druckmesssignal ausbleiben oder
die Schwankungsbreite merklich unter das normale Maß absinkt,
ist auf einen Fehler zu schließen, z. B. auf eine Störung des
Sensors 16 oder des Messumformers 17. Um dies zu erkennen,
wird das Druckmesssignal über ein Intervall beobachtet, das
mindestens gleich der Periodendauer TE der im Normalfall zu
erwartenden einspritzbedingten Schwankungen ist, um die Maxi
mal- und Minimalwerte des Signals festzustellen und die Dif
ferenz zwischen ihnen zu ermitteln. Liegt diese Differenz
deutlich unterhalb des sich im störungsfreien Betrieb zeigen
den Bereichs, wird eine Fehlermeldung abgegeben. Der betref
fende Schwellenwert kann empirisch bestimmt werden, wobei
auch die von der Hochdruckpumpe herrührenden Schwankungen zu
berücksichtigen sind, die jedoch meist weniger stark sind.
Vorzugsweise erfolgt diese Beobachtung und Auswertung
laufend in zyklischer Weise, synchronisiert mit der Kurbel
wellendrehung, so dass sich zwangsläufig auch eine Synchroni
sierung mit dem Einspritztakt ergibt. Wählt man gleichzeitig
das Beobachtungsintervall gleich der Taktperiode TE der auf
einanderfolgenden Einspritzungen, dann fällt auf jedes Inter
vall ein Segment des Druckmesssignals, welches ein Minimum
und ein Maximum der einspritzbedingten Schwankungen enthält.
Die vorstehend beschriebene Synchronisierung und Inter
vallbemessung erlaubt es auch, Unregelmäßigkeiten im Betrieb
der Injektoren zu erkennen. Weichen die in den einzelnen Beo
bachtungsintervallen (Segmenten) ermittelten Maximum-Minimum-
Differenzen sehr stark voneinander ab, dann arbeiten die In
jektoren ungleich. Falls diese Abweichung ein tolerierbares
Maß übersteigt, kann ebenfalls eine Fehlermeldung gegeben
werden.
Anhand von Schwankungen im Druckmesssignal können auch
Unzulänglichkeiten der Hochdruckpumpe 12 detektiert werden.
Die Kolbenhübe dieser Pumpe führen ebenfalls zu periodischen
Ausschlägen des Druckmesssignals, die sich am besten in einem
Betrieb ohne stattfindende Einspritzung beobachten lassen.
Idealerweise sind die Fördervolumina der einzelnen Kolben i
dentisch. In diesem Fall hat das zeitlich hochaufgelöste
Druckmesssignal den in Fig. 3 gezeigten Verlauf.
In Fig. 3 haben die aufeinanderfolgenden periodischen
Ausschläge des Druckmesssignals gleiche Gestalt und Amplitu
de. Die Periodendauer TP errechnet sich aus der Pumpendreh
zahl und der Anzahl der Zylinder (bzw. Kolben) in der Pumpe.
Im Falle einer dreizylindrigen Pumpe, die von der Kurbelwelle
des Motors über eine Untersetzung von 1 : 2 angetrieben wird
(ein typisches Beispiel), ist also die Periodendauer TP der
Schwankungen im Druckmesssignal gleich dem 2/3 der Umlaufdau
er der Kurbelwelle. Bei einer Kurbelwellendrehzahl gemäß dem
obigen Beispiel (1000 U/min) haben die pumpenbedingten
Schwankungen des Druckmesssignals also eine Periode TP von 40 ms.
Diesem speziellen Fall entspricht die Fig. 3. Die ober
halb des Signalverlaufs eingetragenen Zahlen 1, 2, 3 bezeich
nen die einzelnen Kolben, dessen Hub für den betreffenden
Signalausschlag verantwortlich ist.
Die nominelle Amplitudenweite AP der pumpenbedingten
Schwankungen gemäß Fig. 3 ist meist wesentlich kleiner als
die Amplitudenweite der einspritzbedingten Schwankungen gemäß
Fig. 2. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel beträgt sie
etwa 30 mV.
Durch Fertigungstoleranzen und Alterungserscheinungen an
der Pumpe, u. a. an Dichtelementen, kann die Gleichförmigkeit
der Fördervolumina beeinträchtigt werden. Wenn z. B. die Fül
lung eines der Pumpenzylinder in der Saugphase deutlich ge
ringer ausfällt als die der übrigen Zylinder, so wird der
betreffende Kolben in der Kompressionsphase den Kraftstoff
druck deutlich später und weniger ausgeprägt anheben, wie
dies für den Kolben 2 in der Fig. 4 gezeigt ist. Dies kann
zur Diagnose der Pumpe genutzt werden.
Für die Diagnose kann eine Synchronisierung aufeinander
folgender Beobachtungsintervalle auf die einzelnen Pumpenhübe
erfolgen, vorzugsweise derart, dass jedes Beobachtungsinter
vall ein dem betreffenden Kolben zugeordnetes Segment des
Druckmesssignals beinhaltet. Die Signalsegmente können mit
einander verglichen werden, um im Falle einer deutlichen Ab
weichung eine Fehlermeldung zu geben.
Zur Fehlerdiagnose kann auch die Zeit zwischen aufeinan
derfolgenden Minima des Druckmesssignals oder die Änderungs
amplitude des Druckmesssignals für jeden einzelnen Kolbenhub
ermittelt werden. Beide Größen weichen im Falle der Fig. 4
beim Kolben 2 von den nominellen Werten TP bzw. AP ab. Paral
lel können andere charakteristische Größen wie z. B. die Zeit
zwischen zwei Maxima oder zwischen einem Maximum und dem dar
auffolgenden Minimum, die Zeit zwischen zwei Durchgängen
durch einen Referenzwert, der Signalgradient der Schwankungen
u. ä. ermittelt werden. Jede Kenngröße der pumpenbedingten pe
riodischen Schwankungen des Druckmesssignals, die signifikant
von einer vorhandenen Ungleichförmigkeit der Pumpenförderung
beeinflusst wird, kann zur Fehlerdiagnose ausgewertet werden.
Die Auswertung kann durch gegenseitigen Vergleich der
betreffenden Kenngrößen aus den aufeinanderfolgenden Perioden
des Druckmesssignals erfolgen. Zeigt dieser Vergleich deutli
che Unterschiede von Periode zu Periode, dann wird eine Feh
lermeldung gegeben. Statt einer isolierten Kenngröße kann
auch die gesamte Verlaufsform des Druckmesssignals innerhalb
der jeweiligen Periode zum Vergleich herangezogen werden. Ei
ne entsprechende Methode kann darin bestehen, das Integral
der absoluten Differenz zweier aufeinanderfolgender Segmente
des Druckmesssignals zu bilden. Bei digitaler Abtastung des
Druckmesssignals können zu diesem Zweck sämtliche Abtastwerte
von Anfang bis Ende einer Periode gespeichert und von den
entsprechenden Abtastwerten der nächsten Periode zu subtra
hiert werden, worauf die Absolutwerte der Differenzen sum
miert werden. Diese Summe ist umso größer, je ausgeprägter
der Unterschied des Verlaufs des Druckmesssignals von Periode
zu Periode ist. Übersteigt sie einen vorgewählten Schwellen
wert, wird eine Fehlermeldung gegeben.
Die vorstehend beschriebenen vergleichenden Auswertungen
können übrigens in entsprechender Weise auch an dem Druck
messsignal nach Fig. 2 erfolgen, um Unregelmäßigkeiten an den
Injektoren durch Abgabe einer Fehlermeldung zu detektieren.
Die Auswertung der pumpenbedingten Signalschwankungen
können aber auch erfolgen durch Vergleich der erwähnten Kenn
größen mit jeweils einem zugeordneten Schwellenwert. Das
heißt, wenn die jeweilige Kenngröße um mehr als ein tolerier
bares Maß von einem nominalen Wert abweicht, wird eine Feh
lermeldung gegeben. Dies hat den Vorteil, dass eine Fehler
meldung auch dann erscheint, wenn die betreffenden Kenngrößen
von Periode zu Periode zwar gleich bleiben und demnach ein
gleichmäßiger Betrieb der Pumpe 12 gegeben ist, andererseits
aber insgesamt derart stark vom Nominalwert abweichen, dass
auf ein Nachlassen der Förderleistung der Pumpe insgesamt ge
schlossen werden muss.
Claims (9)
1. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem
einer an einem Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-
Einspritzanlage, die einen aus einer Hochdruckpumpe (12) ge
speisten Hochdruckspeicher (14) mit Auslassen (15) zur Ver
sorgung mehrerer Kraftstoffinjektoren und einen den Speicher
druck regelnden Regelkreis (16-22) mit einer Messeinrich
tung (16, 17) enthält, die ein für den Istwert des Speicher
druckes repräsentatives Druckmesssignal liefert, wobei das
Druckmesssignal für Beobachtungszwecke mit einer zeitlichen
Auflösung registriert wird, welche die periodischen Druck
schwankungen abbildet, die sich durch das periodische Betäti
gen der Injektoren und/oder durch aufeinanderfolgende Kolben
hübe der Hochdruckpumpe (12) ergeben, und wobei eine Fehler
meldung gegeben wird, wenn die Periodizität des so regist
rierten Druckmesssignals hinsichtlich der Amplitude und/oder
Gleichförmigkeit der Schwankungen deutlich von dem Muster ab
weicht, das bei fehlerfreiem Betrieb des Systems zu erwarten
ist, dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich ermittelt wird, wie groß die Differenz zwi
schen dem maximalen und dem minimalen Wert des Druckmesssig
nals innerhalb eines oder mehrerer Beobachtungsintervalle
ist, und eine Fehlermeldung gegeben wird, wenn die ermittelte
Differenz deutlich kleiner ist als die sich bei fehlerfreiem
Betrieb ergebende Differenz.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net,
dass die Registrierung des Druckmesssignals periodisch in
aufeinanderfolgenden Beobachtungsintervallen erfolgt, deren
jedes zumindest eine volle Periode der im fehlerfreien Be
trieb des Systems auftretenden periodischen Schwankungen die
ses Signals umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz
eichnet,
dass das Drucksystem unter Betätigung der Injektoren betrie ben wird
und dass die Dauer des Beobachtungsintervalls mindestens gleich der Periode des Taktes aufeinanderfolgender Einspritz vorgänge ist.
dass das Drucksystem unter Betätigung der Injektoren betrie ben wird
und dass die Dauer des Beobachtungsintervalls mindestens gleich der Periode des Taktes aufeinanderfolgender Einspritz vorgänge ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Einspritzanlage m
Kraftstoffinjektoren enthält, dadurch gekennzeichn
et, dass zur Diagnose der Injektoren
- - das Drucksystem unter Betätigung der Injektoren betrieben wird,
- - die Dauer jedes Beobachtungsintervalls gleich der Periode des Taktes aufeinanderfolgender Einspritzvorgänge ist,
- - die Registrierung des Druckmesssignals über mindestens m aufeinanderfolgende Beobachtungsintervalle erfolgt, unter derartiger Synchronisierung mit der Injektorbetätigung, dass jedes Beobachtungsintervall ein dem betreffenden Injektor zu geordnetes Segment des Druckmesssignals beinhaltet,
- - eine Fehlermeldung gegeben wird, wenn im Druckmesssignal eine über ein tolerierbares Maß hinausgehende Abweichung zwi schen aufeinanderfolgenden Segmenten gefühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochdruck
pumpe (12) eine Kolbenpumpe mit n Kolben ist, dadurch geke
nnzeichnet,
dass zur Diagnose der Hochdruckpumpe (12) das Drucksystem oh
ne Betätigung der Injektoren betrieben wird und die Dauer je
des Beobachtungsintervalls mindestens gleich der Periode des
Taktes aufeinanderfolgender Kolbenhübe der Hochdruckpumpe
(12) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net,
dass die Dauer jedes Beobachtungsintervalls gleich der Perio
de des Taktes aufeinanderfolgender Kolbenhübe der Hochdruck
pumpe (12) ist, und dass die Registrierung des Druckmesssignals
über mindestens n aufeinanderfolgende Beobach
tungsintervalle erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net,
dass die Registrierung des Druckmesssignals unter derartiger Synchronisierung mit dem Lauf der Hochdruckpumpe (12) er folgt, dass jedes Beobachtungsintervall ein dem betreffenden Kolben zugeordnetes Segment des Druckmesssignals beinhaltet,
und dass die Segmente miteinander verglichen werden und dass eine Fehlermeldung gegeben wird, wenn im Druckmesssignal eine über ein tolerierbares Maß hinausgehende Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden Segmenten gefühlt wird.
dass die Registrierung des Druckmesssignals unter derartiger Synchronisierung mit dem Lauf der Hochdruckpumpe (12) er folgt, dass jedes Beobachtungsintervall ein dem betreffenden Kolben zugeordnetes Segment des Druckmesssignals beinhaltet,
und dass die Segmente miteinander verglichen werden und dass eine Fehlermeldung gegeben wird, wenn im Druckmesssignal eine über ein tolerierbares Maß hinausgehende Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden Segmenten gefühlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennz
eichnet,
dass eine Fehlermeldung gegeben wird, wenn in mindestens ei
nem Beobachtungsintervall eine ausgewählte Kenngröße der
Schwankung des Druckmesssignals um mehr als ein tolerierbares
Maß von ihrem nominalen Wert abweicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net,
dass die ausgewählte Kenngröße der Zeitabstand zwischen auf
einanderfolgenden Minima oder Maxima des Druckmesssignals
und/oder der Zeitabstand zwischen einem Minimum und dem dar
auffolgenden Maximum des Druckmesssignals und/oder die Zeit
zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen des Druckmesssig
nals durch einen Schwellenwert und/oder der Gradient der
Schwankungen des Druckmesssignals und/oder die Änderungsamp
litude des Druckmesssignals ist.
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