DE19946911A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, beschrieben. Ein Fehler wird erkannt, wenn wenigstens eine einem Zylinder zugeordnete Größe, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung charakterisiert, von einem erwarteten Wert abweicht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brenn­ kraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen An­ sprüche.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Da­ bei werden verschiedene Signale auf Schwellenwert überwacht. Bei Überschreiten und/oder Unterschreiten bestimmter Schwel­ lenwerte wird ein Fehler im Kraftstoffzumeßsystem erkannt. Fällt beispielsweise der Druck in einem sogenannten Common- Rail-System sehr rasch ab, wird eine Leckage des Common- Rail-Systems erkannt.

Bei bestimmten Einspritzsystemen, wie beispielsweise bei Common-Rail-Systemen, können unter besonders ungünstigen Um­ ständen Situationen auftreten, bei denen in einem Zylinder irreguläre Verbrennungen oder Aussetzer auftreten. Diese können zum einen zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschi­ ne durch überhöhte Zylinderdrücke führen, zum anderen können die Abgasemissionen über die erlaubten Werte ansteigen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche irregulären Verbrennungen bzw. Daueraussetzer zu erkennen, insbesondere sollen bereits kleine Abweichungen, also kleine erhöhte Kraftstoffmengen oder kleine verminderte Kraftstoffmengen sicher erkannt werden, d. h. es soll eine hohe Erkennungsemp­ findlichkeit eines Fehlers erzielt werden.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, daß ein Fehler erkannt wird, wenn eine wenigstens einem Zylinder zugeordnete Größe, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung charakterisiert, von einem erwarteten Wert abweicht, können Fehler, wie bei­ spielsweise irreguläre Verbrennungen oder Aussetzer, sicher erkannt werden. Solche Fehler liegen insbesondere dann vor, wenn ein Injektor eines Common-Rail-Systems klemmt. Dies be­ deutet der Injektor öffnet und/oder schließt nicht entspre­ chend dem Ansteuersignal. Gibt der Injektör die Einspritzung nicht, wie vom Ansteuersignal gewünscht, frei, so liegt ein Aussetzer vor. Unterbindet der Injektor die Einspritzung nicht, wie vom Ansteuersignal gewünscht, so liegt eine irre­ guläre Verbrennung vor. Dieser Fehler wird auch als innere Leckage bezeichnet. Als Größen, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung charakterisiert, können beispielsweise die Korrekturmengen, die die Men­ genausgleichsregelung/Laufruheregelung bereitstellt, bzw. die Werte der Integralanteile, der den Zylinder zugeordneten Regler der Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung, ver­ wendet werden.

Dadurch, daß der Fehler erkannt wird, wenn die Größe eines Zylinders größer als ein erster Schwellwert und größer als ein zweiter Schwellwert ist, kann sicher zwischen einem Feh­ ler und anderen Störungen unterschieden werden.

Eine sichere Erkennung des fehlerfreien Betriebs ist dadurch möglich, daß ein fehlerfreier Betrieb erkannt wird, wenn die Größe bei allen Zylinder kleiner als der erste Schwellwert ist.

Externe Störereignisse werden sicher dadurch erkannt, wenn die Größe bei einem Zylinder größer als der zweite Schwell­ wert ist und bei wenigstens einem weiteren Zylinder größer als der erste Schwellwert ist.

Die Sicherheit der Unterscheidung zwischen Fehler, Stör­ ereignissen und fehlerfreiem Betrieb ist dadurch verein­ facht, daß der erste Schwellwert einem Wert der Größe ent­ spricht, der durch Systemtoleranzen erklärbar ist, und daß der zweite Schwellwert einem Maximalwert entspricht. Der er­ ste Schwellwert entspricht einem Wert, der im normalen Be­ trieb nicht erreicht wird. Lediglich wenn Störungen auftre­ ten wird der erste Schwellwert überschritten. Bei großen Störungen, insbesondere bei externen Störereignissen, wie beispielsweise Ruckelschwingungen, kann der Fall eintreten, daß der Maximalwert bei mehreren Zylindern überschritten wird.

Besonders vorteilhaft ist es, daß auch Fehler der Auswertung erkannt werden, wenn die Größe bei wenigstens einem Zylinder größer als der zweite Schwellwert und bei keinem der Zylin­ der größer als der erste Schwellwert ist. Hierdurch können Fehler im Bereich der erfindungsgemäßen Fehlererkennung er­ kannt werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Verbrennungserkennung und

Fig. 3 ein Diagramm verschiedener Zustände.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Kraftstoffzumeßsystem dargestellt. Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet. An der Brenn­ kraftmaschine 100 ist ein Impulsgeber 110 angebracht, der im wesentlichen aus einem Impulsrad und einem Impulsaufnehmer besteht. Das Impulsrad wird von der Brennkraftmaschine bzw. der Nocken- und/oder der Kurbelwelle angetrieben. Der Im­ pulsaufnehmer tastet Markierungen auf dem Impulsrad ab und gibt in festen Winkelabständen ein Signal an eine Drehzah­ lerfassung 120. Vorzugsweise ist der Impulsgeber als soge­ nanntes Segmentrad ausgebildet, das pro Verbrennung drei Im­ pulse, die zwei Segmente definieren, abgibt. Dabei liegt ein Segment vorzugsweise vor und ein Segment vorzugsweise nach der Verbrennung.

Die Drehzahlerfassung 120 liefert ein Signal N an einen Ver­ gleicher 130. Der Vergleicher beaufschlagt einen ersten Mul­ tiplexer 140 mit einer Regelabweichung. Der erste Multiple­ xer 140 beaufschlagt wahlweise einen ersten Regler bzw. ei­ nen von z Reglern. Der z-te Regler ist mit 154 bezeichnet. Die Anzahl z der Regler entspricht dabei vorzugsweise der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Regler bein­ halten wenigstens einen Integralanteil.

Die Regler 151 bis 154 beaufschlagen einen zweiten Multiple­ xer 160 jeweils mit einem Signal DM1 bis DMZ. Diese Signale DM1 bis DMZ werden ferner einer Verbrennungserkennung 190 zugeleitet.

Der Vergleicher 130, der erste und der zweite Multiplexer sowie die Regler 151 bis 154 werden üblicherweise als Men­ genausgleichsregelung bzw. als Laufruheregelung bezeichnet. Das Ausgangssignal DM des zweiten Multiplexers 160 gelangt zu einer Mengensteuerung 170, die wiederum das Einspritzsy­ stem 180 mit einem Signal QKS beaufschlagt. Ausgehend von diesem Signal und weiteren Betriebskenngrößen mißt das Ein­ spritzsystem der Brennkraftmaschine die Kraftstoffmenge QK zu. Bei dem Einspritzsystem handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes Common-Rail-System.

Ausgehend von den Impulsen des Impulsgebers 110 ermittelt die Drehzahlerfassung 120 ein Drehzahlsignal. Der Verglei­ cher 130 bestimmt eine Regelabweichung. Der erste Multiple­ xer 140 leitet diese Regelabweichung dem jeweiligen Regler zu, wobei jedem Zylinder ein Regler zugeordnet ist. Die Aus­ gangssignale der Regler sind ein Maß für die Menge an Kraft­ stoff, die einem Zylinder zusätzlich zugeführt werden muß oder um die dem Zylinder zuzuführende Kraftstoffmenge zu verringern ist, damit alle Zylinder den gleichen Beitrag zum Gesamtdrehmoment liefern. Die Mengensteuerung 170 berechnet ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, die Kraft­ stoffmenge für den einzelnen Zylinder und berücksichtigt da­ bei Korrekturmenge DM der Mengenausgleichsrege­ lung/Laufruheregelung.

Üblicherweise wird dabei so vorgegangen, daß ausgehend von einer bestimmten Anzahl von Segmenten vorzugsweise dem Seg­ ment nach der Verbrennung in einem bestimmten Zylinder ein Istwert für die Drehzahl dieses Zylinders bestimmt und mit einem Sollwert verglichen wird. Dabei wird der Sollwert vor­ zugsweise über eine größere Anzahl von Segmenten ermittelt.

Ausgehend von dem Vergleich dieses Soll- und dieses Istwer­ tes wird dann eine Differenzmenge DM2 für den z-ten Zylinder bestimmt und bei der Kraftstoffzumessung in diesen Zylinder berücksichtigt. Eine solche Mengenausgleichsregelung bzw. eine solche Laufruheregelung ist detaillierter in der DE-OS 195 27 218 beschrieben.

Insbesondere bei einem Common-Rail-System kann der Fall ein­ treten, daß ein Injektor klemmt. Dies bedeutet, daß er nicht oder nicht mehr völlig in seinen geschlossenen oder seinen geöffneten Zustand übergeht. Zum Beispiel kann der Fall ein­ treten, daß ein Injektor nicht mehr öffnet oder nicht mehr vollständig öffnet. Dies führt dazu, daß das Ansteuersignal des Injektors keine Wirkung auf die tatsächlich verbrannte Kraftstoffmenge besitzt. Durch diesen Fehler wird der zuvor geschlossene Regelkreis der Mengenausgleichsrege­ lung/Laufruheregelung aufgetrennt. Die Ungleichförmigkeit in der Drehzahl kann nicht mehr ausgeregelt werden, dies führt dazu, daß eine bleibende Regelabweichung auftritt, die be­ wirkt, daß ein Integrator der Mengenausgleichsrege­ lung/Laufruheregelung in die Begrenzung läuft. Dieser Fall tritt auch auf, wenn nur kleine Abweichungen von der ge­ wünschten Kraftstoffmenge auftreten. Auch solche kleinen Fehler, die nur zu einem kleinen Mengenfehler führen, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sicher erkannt werden. Desweiteren ist es leicht möglich, den Fehler einem bestimm­ ten Zylinder zuzuordnen.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 130 beinhaltet eine In­ formation darüber, welcher Zylinder mit zu viel bzw. zu we­ nig Kraftstoff beaufschlagt wird. Dieses Signal gelangt über den ersten Multiplexer 140 auf jeweils einen der Regler 151 bis 154. Diese Regler beinhalten zumindestens einen Inte­ gralanteil. Dieser Regler bestimmt die auszuführende zylin­ derspezifische Mengenkorrektur. Über den zweiten Multiplexer werden die Korrekturwerte DM1 bis DMZ, zu dem gewünschten Mengenmittelwert, der von der Mengensteuerung 170 bereitge­ stellt, hinzuaddiert, und bewirken so eine zylinderspezifi­ sche Verstellung der Kraftstoffmenge, die der gemessenen Drehzahlschwankung entgegenwirkt.

Führt infolge von einer Fehlersituation eine von der Lauf­ ruheregelung/Mengenausgleichsregelung gewünschte Mengenkor­ rektur nicht zu einer Änderung der verbrannten Kraftstoff­ menge, so bleibt die Ursache der gemessenen Drehzahlschwan­ kung dauerhaft bestehen. Dadurch bleibt am Eingang der Men­ genausgleichsregelung/Laufruheregelung eine bleibende Rege­ labweichung, die den Integral-Anteil (Integrator) und damit das Reglerausgangssignal des dem defekten Zylinder zugeord­ neten Regler auf beliebig hohe Werte ansteigen läßt. Ein kleiner Mengenfehler verursacht eine geringe Regelabweichung am Reglereingang, so daß der Integrator mit kleiner Steigung hochläuft. Gleichwohl werden auch in diesem Fall beliebig hohe Werte des Integral-Anteil bzw. des Reglerausgangs­ signals bzw. der Stellgröße für diesen Zylinder erreicht.

Die Verbrennungserkennung 190 überprüft die Werte DM1 bis DMZ der Regler. Ein bleibender Mengenfehler eines Zylinders liegt dann vor, wenn eine der Größen DM1 bis DMZ der Regler 151 bis 154 auf einen Wert ansteigt, der nicht durch die Sy­ stemtoleranzen des betreffenden Einspritzsystems erklärbar ist. In diesem Fehler wird auf Fehler erkannt und eine Feh­ lerreaktion im Steuergerät ausgelöst.

In der Fig. 2 ist die Verbrennungserkennung 190 detaillier­ ter dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Das Ausgangssignal DM1 des ersten Reglers 151 gelangt zu ei­ ner ersten Fensterkomparatoreinheit 200. An einem zweiten Eingang der Fensterkomparatoreinheit 200 liegen die Aus­ gangssignale A, B und x einer Parametervorgabe 210 an. Die erste Fensterkomparatoreinheit beaufschlagt eine Logikein­ heit 230 mit Signalen a1 und b1. Die Logikeinheit beauf­ schlagt wiederum die Diagnoseeinheit 240 mit Signalen a und b. Der erste Komparator liefert ein Signal a1. wenn die Grö­ ße DM1 kleiner als der Wert -A+x oder größer als der Wert A+x ist. Der zweite Komparator liefert ein Signal b1, wenn die Größe DM1 kleiner als der Wert -B oder größer als der Wert B ist.

Das Ausgangssignal DMz des z-ten Reglers 154 gelangt zu ei­ ner zweiten Fensterkomparatoreinheit 204. An einem zweiten Eingang der Fensterkomparatoreinheit 204 liegen die Aus­ gangssignale A, B und x der Parametervorgabe 210 an. Die zweite Fensterkomparatoreinheit beaufschlagt die Logikein­ heit 230 mit Signalen az und bz. Die Logikeinheit 230 beauf­ schlagt wiederum die Diagnoseeinheit 240 mit Signalen a und b. Der erste Komparator liefert das Signal az, wenn eine Be­ dingung 1 zutrifft, das heißt wenn die Größe DMz kleiner als der Wert -A+x oder größer als der Wert A+x ist. Der zweite Komparator liefert ein Signal bz, wenn eine Bedingung 2 zu­ trifft, das heißt, wenn die Größe DMz kleiner als der Wert - B oder größer als der Wert B ist.

Mittels der in Fig. 2 dargestellten Vorgehensweise kann ne­ ben eines Fehlers verschiedene Ursachen für ein Hochlaufen einer oder mehrerer Integratoren der Regler unterschieden werden. Für jeden Regler wird mittels zweier Fensterkompara­ toren geprüft, ob die Größe DM außerhalb einer durch System­ toleranzen erklärbaren Spanne -A+x bzw. A+x liegt. Desweite­ ren wird überprüft, ob der Betrag der Größe DM einen appli­ zierten Maximalwert B erreicht hat, der außerhalb der durch den ersten Fensterkomparator definierten Spanne liegt. Die. Größe DM kann auch als Wert des Integralanteils (Integrator- Wert), Reglerausgangssignal oder Stellgröße bezeichnet wer­ den.

Die Logikeinheit 230 bestimmt die Anzahl a oder b der Zylin­ der bei denen die Größe DM die Bedingungen 1 oder 2 zutref­ fen. Die Diagnoseeinheit 240 schließt aus den Zahlen a und b auf die Art der vorliegenden Ereignisse und erkennt auf Men­ genfehler. Der Wert a gibt an, bei welcher Anzahl von Zylin­ dern die Größe DM außerhalb der durch Systemtoleranzen er­ klärbaren Spanne liegt. Der Wert b gibt die Anzahl der Reg­ ler an, bei denen die Größe DM einen Maximalwert erreicht hat.

In der Fig. 3 sind die verschiedenen Wertekombinationen der Werte a und b in Form eines Diagramms aufgetragen. Dabei sind fünf verschiedene Wertebereiche durch gestrichelte Li­ nien bzw. durch eine doppelt gezogene Linie markiert.

In einem ersten Wertebereich 1 nehmen sowohl der Wert a als auch der Wert b den Wert Null an, d. h. keiner der Regler nimmt Werte außerhalb des Systemtoleranzen bzw. außerhalb des Maximalwerts. Dies bedeutet, die Brennkraftmaschine ar­ beitet fehlerfrei.

In einem zweiten Wertebereich, bei dem der Wert a größer Null ist und der Wert b gleich Null ist, d. h. bei einem oder mehreren Zylindern sind die Systemtoleranzen überschritten, ohne daß irreguläre Verbrennungen bzw. Aussetzer aufgetreten sind.

Ein dritter Wertebereich, bei der keinem der Zylinder der Regler außerhalb der Systemtoleranz liegt, aber der Regler außerhalb des Maximalwerts liegt. Ein solcher Zustand ist nicht möglich.

In einem vierten Wertebereich, der mit einer doppelt durch­ gezogenen Linie markiert ist, ist genau bei einem Zylinder sowohl die Systemtoleranz als auch der Maximalwert über­ schritten. Dies bedeutet genau ein Integrator besitzt einen zu hohen Wert. In diesem Fall wird auf einen Mengenfehler bei diesem Zylinder, d. h. einer fehlerhaften Einspritzung erkannt.

In einem fünften Wertebereich sind mehrere Integratoren au­ ßerhalb der Systemtoleranzen. In diesem Fall ist davon aus­ zugehen, daß ein externes Störereignis zum Beispiel Ruckel­ schwingungen, Anregung des Triebstrangs durch rauhe Fahrbah­ nen vorliegen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail- Systems, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler erkannt wird, wenn wenigstens eine einem Zylinder zugeordnete Größe, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsrege­ lung/Laufruheregelung charakterisiert, von einem erwarte­ ten Wert abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehler erkannt wird, wenn die Größe eines Zylinders größer als ein erster Schwellwert und größer als ein zweiter Schwellwert ist.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein fehlerfreier Betrieb vorliegt, wenn die Größe bei allen Zylinder kleiner als der erste Schwellwert ist.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Störereignis vorliegt, wenn die Größe bei einem Zylinder größer als der zweite Schwellwert und bei wenigstens einem weiteren Zylinder größer als der erste Schwellwert ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert ein Wert der Größe entspricht, der durch Systemtoleranzen erklärbar ist, und daß der zweite Schwellwert einem Maximalwert entspricht.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Systemtoleranzen überschritten sind, aber noch kein Fehler vorliegt, wenn die Größe bei wenig­ stens einem Zylindern kleiner als der zweite Schwellwert und größer als der erste Schwellwert ist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehler in der Auswertung vor­ liegt, wenn die Größe bei wenigstens einem Zylinder grö­ ßer als der zweite Schwellwert und bei keinem der Zylin­ der größer als der erste Schwellwert ist.

8. Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail- Systems, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die einen Fehler erkennen, wenn wenigstens eine ei­ nem Zylinder zugeordnete Größe, die die Stellgröße einer Mengenausgleichsregelung/Laufruheregelung charakteri­ siert, von einem erwarteten Wert abweicht.