WO2014056594A1 - Verfahren zur ausfallerkennung von injektoren in einem verbrennungsmotor, motorsteuergerät und system zur durchführung eines verfahrens - Google Patents

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internal combustion
combustion engine
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Jörg REMELE
Aron Toth
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation

Definitions

  • the invention relates to a method for failure detection of injectors in one
  • US Pat. No. 5,303,158 A discloses a method for detecting abnormal combustion events in cylinders of an internal combustion engine, whereby a failed injector can be subsumed under an anomalous combustion event.
  • Combustion engine is Fourier-transformed, and there are amplitudes in
  • predetermined frequency ranges of the spectra thus obtained to determine an abnormal combustion event. If such is detected, it is possible in separate process steps to find out in which cylinder anomalous combustion takes place. For this purpose, an abnormal combustion is enforced in the individual cylinders, and in turn amplitudes in
  • predetermined frequency ranges of the spectra thus obtained are compared with each other, the results of this comparison are compared with corresponding results from the previously obtained without forced anomalous spectra spectra.
  • the method is complicated and cumbersome, especially because always after the detection of anomalous combustion sequentially in each cylinder such must be forced to determine ultimately in which cylinder the anomalous combustion event takes place.
  • the comparison of the amplitudes in predetermined frequency ranges of the different spectra is complicated and cumbersome.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method with which an injector failure can be easily and quickly detected during normal operation of the engine and a failed injector can be identified.
  • the invention is further based on the object to provide an engine control unit, which is adapted to carry out the method, as well as to provide a system by means of which the method is feasible.
  • the object is achieved by providing a method according to claim 1.
  • the method for failure detection of injectors in an internal combustion engine comprises the following steps: A crank angle signal is measured, which is transformed into the frequency domain by means of discrete Fourier transformation. From the discreet. In particular, Fourier transformation of the crank angle signal results in an amount and an angle for a harmonic of the 0.5th order of the crank angle signal i m
  • an angle of the harmonics of the 0.5th order of the Fourier-transformed crank angle signal for each disconnected injector is also determined once and sequentially one after the other. For example, first a first injector is turned off, and it is an angle of the harmonics of the 0.5th order for this operating condition of the internal combustion engine detected with the first off alone injector and preferably stored in a first storage means. Thereafter, the first injector is turned on again and a second injector is turned off while the remaining injectors remain on. Also for this operating state, a corresponding angle is detected and stored in the first storage means. This is continued accordingly until a corresponding angle has been detected and stored in the first storage means for each individual injector switched off alone. In this case, the angles in the first storage means are assigned to the respectively switched-off injectors.
  • both an angle and an amount of the 0.5th-order harmonic of the Fourier-transformed crank angle signal are continuously detected and stored, preferably in a second memory means.
  • the amount thus acquired is continuously compared to a predetermined threshold.
  • An injector failure is detected when the amount that has been continuously detected is the
  • Injector failure can be closed.
  • the excessive amount is merely characteristic of the fact that an injector has ever failed.
  • the angle of the harmonics of the 0.5th order is characteristic of the actual failed individual injector. In the method step addressed here, it is therefore first determined whether an injector has ever failed.
  • the continuously detected angle is individually compared with the angles stored for each disconnected injector in the first storage means if an injector failure has previously been detected due to the excessive amount.
  • the failed injector is then identified with the injector for which a matching angle stored in the first storage means is found in the comparison. In this way, it is easily possible to determine which injector has failed when an injector failure has been detected.
  • the second storage means has only one storage area for a currently detected angle, so that the next detected angle overwrites the last detected angle. In this case, the angle is kept in the memory area when an injector failure is detected, at least until the failed injector has been identified. It is also possible that the second memory means has a plurality of memory areas which are filled continuously, the oldest measured value being removed from its memory area each time a new measured value is stored. It is then possible to continuously record additional angles and amounts during a comparison to identify a failed injector. Of course it is then necessary, just above the current Memory area of just included in the comparison angle book because it preferably changes with each new value added until the angle eventually falls out of the last occupied memory area.
  • a method is preferred which is characterized in that the once sequentially detected angles are stored in a so-called look-up table.
  • the first memory means thus preferably comprises a tabular memory area in which the angles stored there are assigned to the injectors respectively switched off.
  • a method is also preferred, which is characterized in that the one-time sequential detection and storage of the angle for each disconnected injector after a start of the internal combustion engine or after a start of the method is performed. In particular, this is carried out immediately after a start of the internal combustion engine or immediately after a start of the method, so that the first
  • Storage means preferably the look-up table, is filled with values as soon as the internal combustion engine is put into operation or the process is started.
  • the first storage means or the method is initialized here, and a subsequent monitoring of the internal combustion engine to failed injectors during normal operation can be done without it being necessary again in the course of operation to selectively shut down individual injectors.
  • the initialization of the first storage means is thus preferably carried out at a time in which the
  • Combustion engine is not yet required under a normal load, so that the targeted shutdown of individual injectors does not interfere with the later, normal operation.
  • the method is started immediately at the start of the internal combustion engine.
  • the method is preferably carried out during the entire operation of the internal combustion engine, wherein the first memory area is initialized once only once after the start of the internal combustion engine, and the method is subsequently without further intervention in the operation of the Internal combustion engine runs in the background so to monitor the internal combustion engine on the failure of an injector. In this case, the method does not
  • Control intervention in the operation of the internal combustion engine as long as no injector failure is detected. If an injector failure is detected, it does not require any intervention in the operation of the internal combustion engine to identify the failed injector.
  • this is started independently of a start of the internal combustion engine at any time, for example by an operator or driver deliberately starting it. It is also possible that the method - preferably by the driver or operator of the internal combustion engine - is terminated. In this case, however, arise
  • a method is also preferred which is characterized in that at least one measure is taken when an injector failure is detected and a failed injector is identified.
  • an energization of the failed injector is exposed. This is particularly useful if the injector does not fail due to faulty energization, but because, for example, there is a mechanical problem. It is then prevented that occur through the energization of the defective injector damage.
  • a faulty current for example, a short circuit, a
  • Injector failure causes, where it makes sense to suspend the energization of the defective injector.
  • the consecutively detected hint! and magnitude of the 0.5th-order harmonic of the crank angle signal is initially stored when an initial injector failure is detected before the angles for each disabled injector have been sequentially detected and stored once.
  • an injector failure is already detected, ie, if a detected amount of the harmonics of the 0.5th order exceeds the predetermined threshold. If this is the case, both the detected angle and the amount - preferably in a third
  • the individual injectors are sequentially turned off sequentially, and for each individual injector turned off, an amount and an angle of the 0.5th-order harmonic of the crank angle signal are detected and initialized stored values, which are preferably present in the third storage means, compared.
  • an initially failed injector ie an injector which has failed before the initialization of the first storage means, identified if that for a single
  • Initialization of the first storage means to identify is preferred, which is characterized in that one of the measures described above is taken when an initial
  • a warning is preferably issued to a driver or operator, subjected to energization of the failed injector, reduced power of the engine and / or turned off the engine. This makes it possible in particular to avoid damage and / or destruction of the internal combustion engine or the clutch.
  • the engine control unit is a so-called electronic engine control unit (ECU).
  • the crank angle signal is preferably detected by a crankshaft sensor, which is already provided for engine control.
  • the engine control unit is preferably synchronized at the beginning of the method or at a start of the internal combustion engine by means of a camshaft signal, which is preferably detected by a camshaft sensor, to work cycles of cylinders of the internal combustion engine.
  • Synchronization is preferably carried out anyway, so that the engine control unit can also perceive synchronized other functions for controlling the internal combustion engine.
  • the method requires no further facilities that are not already provided in or on the internal combustion engine.
  • the method requires only signals of the crankshaft and the camshaft. Since these signals are recorded on every modern combustion engine, there are no additional sensor, device and / or cabling costs. Since the algorithm for the method is preferably implemented in the engine control unit, there are no additional costs or no further devices need to be integrated into the internal combustion engine.
  • a method is also preferred, which is characterized in that the method in an operating point of the internal combustion engine under load or at idle
  • the method is preferably carried out in large engines, for example, as drive units for locomotives, ships, other large vehicles or stationary, for example, be used for small power plants.
  • large engines generally occurs no overrun, as is customary in smaller engines in the automotive sector for road traffic, for example when a
  • the system comprises a detection means, preferably a crankshaft sensor, which is designed so that it can measure or detect a crank angle signal. It has a transformation means, which with the detection means for
  • crank angle signal forwarding of the crank angle signal is operatively connected and designed so that the crank angle signal mi.tzz the transformation means by means of discrete
  • the system has a switching means which is designed so that with its help injectors of the internal combustion engine sequentially and in particular individually switched off and can be turned on again.
  • the system also includes a first storage means configured to detect and store an angle of the 0.5th-order harmonic of the crank angle signal for each injector, in particular, individually disabled.
  • a second memory means which is arranged to continuously adjust an angle and an amount of harmonics of the Can detect and store 0.5th order of the crank angle signal.
  • a first comparison means is provided which is adapted to continuously compare the amount stored in the second storage means with a predetermined threshold, the comparison means being further arranged to detect an injector failure when the amount is the predetermined one
  • Threshold exceeds.
  • a second comparison means is provided which is arranged to individually compare the angle stored in the second storage means with each of the angles stored in the first storage means when there is an injector failure.
  • the second comparison center! is also like that
  • a first step 1 the method for failure detection of injectors is started. This preferably takes place together with or immediately after the start of the internal combustion engine.
  • a second step 3 an amount and an angle of a harmonic of the 0.5th order of a crank angle signal transformed into the frequency domain by means of discrete Fourier transformation are detected and preferably stored in a third memory means.
  • a query 5 follows, in which it is checked whether the amount initially stored in step 3 is greater than a predetermined threshold value.
  • a first storage means has already been initialized.
  • the first storage means is freshly initialized.
  • it is not absolutely necessary to reinitialize the first storage means if the procedure stopped during operation of the internal combustion engine and - after a certain waiting time - is restarted. Even in such a case, however, it is possible to initialize the first storage means fresh, and it can also be deleted at the end of the process, so it must be freshly initialized at a restart.
  • the storage means is not freshly initialized each time the internal combustion engine is restarted, but rather that in particular in the look-up table
  • stored values can be used for a predetermined number of separate operating phases of the internal combustion engine.
  • the method proceeds to a step 101. Otherwise, if an initialized first storage means or a filled-in, ie data-filled lookup table already exists, the method proceeds to a step 9.
  • a number of cylinders encompassed by the internal combustion engine and thus also the number of injectors included in the internal combustion engine are determined in step 101.
  • the internal combustion engine comprises exactly one injector per cylinder.
  • more than one injector per cylinder may be provided. It is readily apparent how the method described below is then to be modified, which is why, for the sake of simplicity, only the preferred case is described in which the internal combustion engine comprises only one injector per cylinder.
  • the determined number of cylinders is stored and a run variable is set to the value 0.
  • a first injector is turned off when the run variable is 0
  • a second injector is turned off when the run variable is 1, and so on.
  • one and only one injector is always switched off, which is uniquely assigned to the current value of the run variable.
  • an angle of the harmonic of the 0.5th order is detected and stored in the first memory means or the lookup table, which is assigned to the operation of the internal combustion engine with the injector switched off alone, which is assigned to the current value of the run variable is.
  • step 109 the corresponding injector associated with the current value of the run variable is turned on again.
  • step 111 the value of the run variable is increased by the amount 1.
  • the process now returns to query 103, in which it is again checked whether the new value of the run variable is still smaller than the stored number of cylinders. If this is the case, the sequence of steps 105 to 11 follows again. Thus, a loop around the query 103 and steps 105 to 11 1 is run through until, for each individually switched-off injector, an angle of the harmonic of 0.5 -th order was recorded and stored. If the run variable has a value equal to the number of cylinders for the first time, the corresponding loop was run through for all injectors because the value of 0 for the first injector was started. The loop is therefore run through for the last injector when the variable has a value which corresponds to the number of cylinders reduced by the amount of 1.
  • the method advances to step 9.
  • the method also arrives directly from the query 7 to the step 9, if the initialization of the first memory means or the prediction of the lookup table can be dispensed with.
  • step 9 both an amount and an angle of the 0.5th-order harmonic of the Fourier-transformed crank angle signal are detected, and preferably stored in a second storage means.
  • a query 11 checks whether the amount detected and stored in step 9 is greater than a predetermined threshold. If this is not the case, there appears to be no injector failure, and the process returns to step 9, again detecting an amount and angle of the 0.5th order harmonic and is stored. It will be understood that here a loop is realized in which an amount and an angle of the 0.5th order harmonic are continuously detected and stored.
  • step 13 in which the angle detected in step 9 is individually associated with the angles stored in the first storage means and in the look-up table, respectively, associated with individually disconnected injectors. is compared.
  • step 17 it is determined in a step 17 that there is an apparent error, whereby the failed injector was not recognized. In this case, the process returns to the step 9, and again, the continuous detection and storage of the magnitude and angle of the 0.5th-order harmonic of the Fourier-transformed crank angle signal starts again.
  • the failed injector can also be identified on the basis of the values stored in the first storage medium or the data of the look-up table. Then, in a step 19, the failed injector is output and / or measures are taken. taken, for example, a warning to a driver or operator of the internal combustion engine is issued, a suspension of energization of
  • the method preferably ends in a step 21.
  • step 5 If an initially failed injector is detected in step 5 because the initially detected value for the harmonic amount of the 0.5th order is larger than the predetermined threshold, the method does not proceed to the query 7 but to a step Step 201 continues.
  • the number of cylinders is determined, and a run variable is assigned the value 0. In that regard, reference is made to the comments on step 101.
  • a query 203 is tested analogous to the query 103, whether the variable is less than the number of cylinders. This is typically the case when query 203 is first reached because the run variable was previously set to 0 in step 201.
  • step 205 an injector is now switched off, which is assigned to the current value of the run variable. Also with regard to the assignment of the injectors to the values of the running variable, reference is made to the explanations already given in connection with query 103 and steps 105 to 11. It is essential that in step 205, only a single injector is selectively switched off, which is uniquely associated with the current value of the variable.
  • a step 207 an amount and an angle of the 0.5th-order harmonic detected in the operating state of the internal combustion engine with the injector currently shut down and associated with the current value of the running variable are detected.
  • the values determined for the amount and the angle associated with the current value of the run variable are compared with the values initially determined and stored in step 3.
  • the method jumps to step 19 because the initially failed injector has been detected.
  • the measures already described are then preferably initiated, and the method ends in step 21.
  • the query 209 the values which correspond to the current value of the
  • Running variables are assigned, do not match the initial values measured in step 3, apparently another, not failed injector was turned off.
  • step 211 the at the current value of the run variable
  • the method then jumps back to the query 203, in which it is again checked whether the current value of the run variable is smaller than the number of cylinders.
  • a loop is implemented here, which is run through until either the initially failed injector is identified, or until all injectors have been switched off individually, without the failed injector having been identified. Only in this last case is the query 203 ever even determining that the run variable assumes a value which corresponds to the number of cylinders. In all other cases, the loop ends in query 209 before, because the failed injector has been identified, and the method therefore jumps to step 19.
  • the method then returns to step 201 where the number of cylinders is again determined. It then follows a renewed passage of the query 203 or steps 205 to 209 or 211, 213 until the failed injector has been successfully identified.
  • Table 1 exemplary values are shown which may be stored in the first storage means to identify injectors associated with individual cylinders.
  • Table 1 is an example of a lookup table. The values shown were measured for a 12-cylinder V-engine and are exemplary values for the definition of a look-up table. It should only be made clear from Table 1 that it is actually possible to calculate the angle of the harmonics of the 0.5 -th order clearly determine which injector has failed. It thus becomes clear that this angle actually clearly characterizes an individually switched-off or failed injector.
  • the respective injector is identified by the cylinder uniquely assigned to it.
  • V-engine a distinction between the two in a geometric angle V-shaped opposite Cylinder benches, which are denoted by the letters A and B.
  • the twelve cylinders are therefore numbered with the designations A1 to A6 for the cylinders of the A-Bank and the designations B1 to B6 for the cylinders of the B-Bank.
  • Each cylinder is assigned exactly one injector.
  • the engine control unit and the system a simple and rapid injector failure detection is possible, in particular a detection of defective injectors during a running operation of the internal combustion engine without cylinder deactivation, which could interfere with the operation is possible. Rather, only once the individual injectors must be sequentially switched off sequentially to fill the first memory means with values or to feed the lookup table. It is easily possible to customize a defective injector and thus exchange targeted. Furthermore is it is not necessary to run test sequences outside of normal operation of the internal combustion engine, since the method virtually allows online monitoring during ongoing engine operation.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor mit den folgenden Schritten vorgeschlagen: Messen eines Kurbelwinkelsignals; Transformieren des Kurbelwinkelsignals in den Frequenzbereich mittels diskreter Fouriertransformation; einmaliges, sequentielles Abschalten jedes Injektors; einmaliges, sequentielles Erfassen und Speichern eines Winkels der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals für jeden abgeschalteten Injektor; fortlaufendes Erfassen und Speichern eines Winkels und eines Betrags der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals; fortlaufendes Vergleichen des fortlaufend erfassten Betrags mit einem vorherbestimmten Schwellenwert, und Feststellen eines Injektorausfalls, wenn der Betrag den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet; Vergleichen des fortlaufend erfassten Winkels mit den für jeden abgeschalteten Injektor gespeicherten Winkeln, wenn ein Injektorausfall festgestellt wird, und Identifizieren des ausgefallenen Injektors mit einem Injektor, für den ein übereinstimmender, gespeicherter Winkel gefunden wird.

Description

Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor, Motorsteuergerät und System zur Durchführung eines Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 , ein Motorsteuergerät für einen
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 9, sowie ein System zur Durchführung eines Verfahrens zur Ausfallerkennung von Injektoren gemäß Anspruch 10.
Verfahren der hier angesprochenen Art sind grundsätzlich bekannt. Aus dem US- amerikanischen Patent US 5,303,158 A geht ein Verfahren zur Erkennung anomaler Verbrennungsereignisse in, Zylindern eines Verbrennungsmotors hervor, wobei ein ausgefallener Injektor unter ein anomales Verbrennungsereignis subsumiert werden kann. Im Rahmen des bekannten Verfahrens wird ein Drehzahlsignal des
Verbrennungsmotors fouriertransformiert, und es werden Amplituden in
vorherbestimmten Frequenzbereichen der so erhaltenen Spektren verglichen, um ein anomales Verbrennungsereignis festzustellen. Wird ein solches festgestellt, ist es in separaten Verfahrensschritten möglich, herauszufinden, in welchem Zylinder eine anomale Verbrennung stattfindet. Hierzu wird in den einzelnen Zylindern jeweils eine anomale Verbrennung erzwungen, und es werden wiederum Amplituden in
vorherbestimmten Frequenzbereichen der so erhaltenen Spektren miteinander verglichen, wobei die Ergebnisse dieses Vergleichs mit entsprechenden Ergebnissen aus den zuvor ohne erzwungene anomale Verbrennung erhaltenen Spektren verglichen werden. Dabei zeigt sich, dass das Verfahren kompliziert und umständlich ist, insbesondere weil stets nach dem Erkennen einer anomalen Verbrennung sequentiell in jedem Zylinder eine solche erzwungen werden muss, um letztlich feststellen zu können, in welchem Zylinder das anomale Verbrennungsereignis stattfindet. Auch der Vergleich der Amplituden in vorherbestimmten Frequenzbereichen der verschiedenen Spektren ist aufwendig und umständlich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein Injektorausfall einfach und rasch während des normalen Betriebs des Motors erkannt und ein ausgefallener Injektor identifiziert werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Motorsteuergerät zu schaffen, welches zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein System zu schaffen, mit dessen Hilfe das Verfahren durchführbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen wird.
Das Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor umfasst folgende Schritte: Es wird ein Kurbelwinkelsignal gemessen, welches mittels diskreter Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert wird. Aus der diskreten . Fouriertransformation des Kurbelwinkelsignals resultiert insbesondere ein Betrag und ein Winkel für eine Harmonische der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals im
Frequenzbereich. Einmalig und sequentiell nacheinander werden die einzelnen Injektoren abgeschaltet. Dabei wird ebenfalls einmalig und sequentiell nacheinander ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals für jeden abgeschalteten Injektor ermittelt. Beispielsweise wird zunächst ein erster Injektor abgeschaltet, und es wird ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung für diesen Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit dem alleine abgeschalteten ersten Injektor erfasst und vorzugsweise in einem ersten Speichermittel gespeichert. Anschließend wird der erste Injektor wieder angeschaltet, und es wird ein zweiter Injektor abgeschaltet, während die übrigen Injektoren angeschaltet bleiben. Auch für diesen Betriebszustand wird ein entsprechender Winkel erfasst und in dem ersten Speichermittel gespeichert. Dies wird entsprechend so fortgeführt, bis für jeden einzelnen, alleine abgeschalteten Injektor ein entsprechender Winkel erfasst und in dem ersten Speichermittel gespeichert wurde. Dabei werden die Winkel in dem ersten Speichermittel den jeweils abgeschalteten Injektoren zugeordnet.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors und/oder während der Durchführung des Verfahrens wird fortlaufend sowohl ein Winkel als auch ein Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und - vorzugsweise in einem zweiten Speichermittel - gespeichert. Der so fortlaufend erfasste Betrag wird fortlaufend mit einem vorherbestimmten Schwellenwert verglichen. Ein Injektorausfall wird festgestellt, wenn der fortlaufend erfasste Betrag den
vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Hierzu ist Wesentlich, dass der Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung in dem Fall, dass alle Injektoren des Verbrennungsmotors funktionstüchtig sind, verschwinden oder zumindest klein sein' sollte. Hingegen führt der Ausfall eines Injektors zu einer Überhöhung des Betrags der
Harmonischen der 0,5-ten Ordnung. Es ist daher möglich, einen Schwellenwert festzulegen, bei dessen Überschreitung mit großer Wahrscheinlichkeit auf einen
Injektorausfall geschlossen werden kann. Dabei ist der überhöhte Betrag lediglich charakteristisch dafür, dass überhaupt ein Injektor ausgefallen ist. Der Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung ist dagegen charakteristisch für den tatsächlich ausgefallenen, individuellen Injektor. In dem hier angesprochenen Verfahrensschritt wird demnach zunächst festgestellt, ob überhaupt ein Injektor ausgefallen ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der fortlaufend erfasste Winkel mit den für jeden abgeschalteten Injektor in dem ersten Speichermittel gespeicherten Winkeln einzeln verglichen, wenn zuvor aufgrund des überhöhten Betrags ein Injektorausfall festgestellt wurde. Der ausgefallene Injektor wird dann mit dem Injektor identifiziert, für den bei dem Vergleich ein übereinstimmender, in dem ersten Speichermittel gespeicherter Winkel gefunden wird. Auf diese Weise ist es ohne Weiteres möglich festzustellen, welcher Injektor ausgefallen ist, wenn ein Injektorausfall festgestellt wurde.
Dabei zeigt sich, dass es im Rahmen des Verfahrens nicht nötig ist, mühsam Amplituden in verschiedenen Spektralbereichen gemessener Spektren zu vergleichen. Außerdem ist es nicht nötig, nach Feststellen eines Injektorausfalls die einzelnen Injektoren der Zylinder nacheinander abzuschalten. Es ist vielmehr ausreichend, einmalig die Injektoren sequentiell nacheinander abzuschalten und die zugeordneten Winkel zu speichern. Im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors kann dann ohne Weiteres durch einen Vergleich des aktuell bei einem festgestellten Injektorausfall erfassten Winkels mit den gespeicherten Werten auf den konkret ausgefallenen Injektor geschlossen werden.
Es ist möglich, dass das zweite Speichermittel nur einen Speicherbereich für einen gerade erfassten Winkel aufweist, sodass der nächste erfasste Winkel den zuletzt erfassten Winkel überschreibt. In diesem Fall wird der Winkel in dem Speicherbereich gehalten, wenn ein Injektorausfall festgestellt wird, wobei dies zumindest solange geschieht, bis der ausgefallene Injektor identifiziert wurde. Es ist auch möglich, dass das zweite Speichermittel mehrere Speicherbereiche aufweist, die fortlaufend gefüllt werden, wobei der älteste Messwert jeweils aus seinem Speicherbereich entfernt wird, wenn ein neuer Messwert gespeichert wird. Es ist dann möglich, bereits während eines Vergleichs zur Identifizierung eines ausgefallenen Injektors weitere Winkel und Beträge fortlaufend zu erfassen. Selbstverständlich ist es dann nötig, genau über den aktuellen Speicherbereich des gerade in den Vergleich einbezogenen Winkels Buch zu führen, weil dieser sich bevorzugt mit jedem neu hinzukommenden Wert ändert, bis der Winkel schließlich aus dem zuletzt belegten Speicherbereich herausfällt.
Für den Vergleich der Winkel ist es möglich, einen Toleranz- oder Fehlerbereich anzugeben, innerhalb dessen die miteinander verglichenen Winkel übereinstimmen müssen, damit ein ausgefallener Injektor identifiziert werden kann. Es ist also nicht unbedingt nötig, dass die verglichenen Werte exakt übereinstimmen. Vorzugsweise werden bei der Bestimmung des Toleranz- beziehungsweise Fehlerbreichs zu erwartende Messfehler, statistische Schwankungen, sowie Artefakte der diskreten
Fouriertransformation berücksichtigt.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die einmalig sequentiell erfassten Winkel in einer sogenannten Lookup-Tabelle gespeichert werden. Das erste Speichermittel umfasst also bevorzugt einen tabellarischen Speicherbereich, in dem die dort gespeicherten Winkel den jeweils abgeschalteten Injektoren zugeordnet sind.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das einmalige sequentielle Erfassen und Speichern der Winkel für jeden abgeschalteten Injektor nach einem Start des Verbrennungsmotors oder nach einem Start des Verfahrens durchgeführt wird. Insbesondere wird dies unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors oder unmittelbar nach einem Start des Verfahrens durchgeführt, sodass das erste
Speichermittel, vorzugsweise die Lookup-Tabelle, mit Werten gefüllt wird, sobald der Verbrennungsmotor in Betrieb gesetzt oder das Verfahren gestartet wird. Insofern wird hier das erste Speichermittel beziehungsweise das Verfahren initialisiert, und eine folgende Überwachung des Verbrennungsmotors auf ausgefallene Injektoren während des normalen Betriebs kann erfolgen, ohne dass es im weiteren Verlauf des Betriebs nochmals nötig wird, einzelne Injektoren gezielt abzuschalten. Die Initialisierung des ersten Speichermittels erfolgt also vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, in dem der
Verbrennungsmotor noch nicht im Rahmen einer üblichen Belastung gefordert ist, sodass das gezielte Abschalten einzelner Injektoren den späteren, normalen Betrieb nicht stört. In diesem Zusammenhang wird auch bevorzugt, dass das Verfahren unmittelbar beim Start des Verbrennungsmotors gestartet wird. Weiter wird das Verfahren bevorzugt während des gesamten Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt, wobei einmalig initial nach dem Start des Verbrennungsmotors der erste Speicherbereich initialisiert wird, und wobei das Verfahren anschließend ohne weiteren Eingriff in den Betrieb des Verbrennungsmotors quasi im Hintergrund abläuft, um den Verbrennungsmotor auf den Ausfall eines Injektors zu überwachen. Dabei erfolgt durch das Verfahren kein
Steuereingriff in den Betrieb des Verbrennungsmotors, solange kein Injektorausfall festgestellt wird. Wird ein Injektorausfall festgestellt, bedarf es - wie bereits ausgeführt, keines Eingriffs in den Betrieb des Verbrennungsmotors, um den ausgefallenen Injektor zu identifizieren.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass dieses unabhängig von einem Start des Verbrennungsmotors zu einem beliebigen Zeitpunkt gestartet wird, beispielsweise indem ein Betreiber oder Fahrer es bewusst startet. Ebenso ist es möglich, dass das Verfahren - vorzugsweise durch den Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors - beendet wird. In diesem Fall ergeben sich allerdings
Betriebszeiten des Verbrennungsmotors, zu denen ein ausgefallener Injektor nicht festgestellt und identifiziert werden kann, nämlich wenn das Verfahren nicht durchgeführt wird.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Maßnahme ergriffen wird, wenn ein Injektorausfall festgestellt und ein ausgefallener Injektor identifiziert wird.
Es ist dabei möglich, dass als Maßnahme ein Warhhinweis an einen Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors ausgegeben wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Bestromung des ausgefallenen Injektors ausgesetzt wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Injektor nicht aufgrund einer fehlerhaften Bestromung ausfällt, sondern weil beispielsweise ein mechanisches Problem vorliegt. Es wird dann verhindert, dass durch die Bestromung des defekten Injektors Schäden auftreten. Selbstverständlich sind auch Ereignisse denkbar, in welchen eine fehlerhafte Bestromung, beispielsweise ein Kurzschluss, einen
Injektorausfall bewirkt, wobei es sinnvoll ist, die Bestromung des defekten Injektors auszusetzen.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Leistung des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Hierdurch sind insbesondere Beschädigungen oder sogar Zerstörungen des Verbrennungsmotors und/oder einer Kupplung verhinderbar, die möglicherweise auftreten würden, wenn der Verbrennungsmotor trotz des ausgefallenen Injektors mit voller Leistung weiter betrieben würde. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Verbrennungsmotor abzuschalten. Dies wird insbesondere dann bevorzugt, wenn andernfalls eine Beschädigung des Verbrennungsmotors und/oder der Kupplung zu befürchten ist.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich durch die Folgenden, zusätzlichen Schritte auszeichnet: Der fortlaufend erfasste Winke! und Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals wird initial gespeichert, wenn ein initialer Injektorausfall erkannt wird, bevor die Winkel für jeden abgeschalteten Injektor einmalig sequentiell erfasst und gespeichert wurden. Insbesondere unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors oder des Verfahrens wird demnach geprüft, ob bereits ein Injektorausfall festgestellt wird, ob also ein erfasster Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird sowohl der erfasste Winkel als auch der Betrag - vorzugsweise in einem dritten
Speichermittel - gespeichert. In diesem Fall stehen in dem ersten Speichermittel noch keine Winkel für einen Vergleich zur Verfügung, weil der Injektorausfall noch vor der Initialisierung des ersten Speichermittels festgestellt wurde.
Daher werden in diesem Fall nach dem Erfassen und initialen Speichern des Winkels und des Betrags die einzelnen Injektoren sequenziell nacheinander abgeschaltet, wobei für jeden einzelnen abgeschalteten Injektor ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals erfasst und mit den initial gespeicherten Werten, die vorzugsweise in dem dritten Speichermittel vorliegen, verglichen. Dabei wird ein initial ausgefallener Injektor, also ein Injektor der noch vor der Initialisierung des ersten Speichermittels ausgefallen ist, identifiziert, wenn die für einen einzeln
abgeschalteten Injektor erfassten Werte von Betrag und Winkel mit den initial
gespeicherten Werten übereinstimmen.
Dieser Vorgehensweise liegt die Überlegung zugrunde, dass sich weder der Winkel noch der Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung ändern, wenn der ohnehin
ausgefallene Injektor abgeschaltet wird. Daher sollten in diesem Fall die aktuellverfassten Werte mit den initial gespeicherten Werten identisch sein. Wird dagegen ein
funktionstüchtiger Injektor abgeschaltet, ergeben sich abweichende Werte sowohl für den Winkel als auch für den Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung. Insgesamt ist es auf diese Weise also möglich, den initial ausgefallenen Injektor noch vor der
Initialisierung des ersten Speichermittels zu identifizieren. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine der zuvor beschriebenen Maßnahmen ergriffen wird, wenn ein initial
ausgefallener Injektor identifiziert wird. Auch in diesem Fall wird also vorzugsweise ein Warnhinweis an einen Fahrer oder Betreiber ausgegeben, eine Bestromung des ausgefallenen Injektors ausgesetzt, eine Leistung des Verbrennungsmotors reduziert und/oder der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, Beschädigungen und/oder Zerstörungen an dem Verbrennungsmotor oder der Kupplung zu vermeiden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es durch ein Motorsteuergerät durch geführt wird, welches auch im Übrigen die Steuerung des
Verbrennungsmotors übernimmt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Motorsteuergerät um eine sogenannte elektronische Motorsteuerungseinheit (Engine Control Unit, ECU). Das Kurbelwinkelsignal wird vorzugsweise durch einen Kurbelwellensensor erfasst, der ohnehin zur Motorsteuerung vorgesehen ist. Das Motorsteuergerät wird bevorzugt zu Beginn des Verfahrens oder bei einem Start des Verbrennungsmotors mittels eines Nockenwellensignals, das bevorzugt durch einen Nockenwellensensor erfasst wird, auf Arbeitstakte von Zylindern des Verbrennungsmotors synchronisiert. Diese
Synchronisation erfolgt vorzugsweise ohnehin, damit das Motorsteuergerät auch andere Funktionen zur Steuerung des Verbrennungsmotors synchronisiert wahrnehmen kann. Damit zeigt sich, dass das Verfahren keine weiteren Einrichtungen benötigt, die nicht ohnehin in oder an dem Verbrennungsmotor vorgesehen sind. Insbesondere benötigt das Verfahren lediglich Signale der Kurbelwelle und der Nockenwelle. Da diese Signale an jedem modernen Verbrennungsmotor erfasst werden, entstehen keine zusätzlichen Sensor-, Geräte- und/oder Verkabelungskosten. Da der Algorithmus für das Verfahren vorzugsweise in das Motorsteuergerät implementiert ist, entstehen auch hier keine weiteren Kosten beziehungsweise es müssen keine weiteren Vorrichtungen in den Verbrennungsmotor eingebunden werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren in einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors unter Last oder im Leerlauf
durchgeführt wird. Grundsätzlich ist es möglich, dass das Verfahren sowohl unter Last als auch im Leerlauf des Verbrennungsmotors, insbesondere während dessen gesamten Betriebs durchgeführt wird.
Es zeigt sich Folgendes: Das Verfahren wird bevorzugt in Großmotoren durchgeführt, die beispielsweise als Antriebsaggregate für Lokomotiven, Schiffe, andere große Fahrzeuge oder auch stationär, beispielsweise für Kleinkraftwerke eingesetzt werden. Bei solchen Großmotoren tritt im Allgemeinen keine Schubphase auf, wie sie bei kleineren Motoren im Kraftfahrzeug-Bereich für den Straßenverkehr üblich ist, beispielsweise wenn ein
Kraftfahrzeug mit eingerückter Kupplung ohne Betätigung des Gaspedals rollt und den Verbrennungsmotor mitschleppt. Zahlreiche Verfahren machen sich gerade die
Eigenschaften dieser Schubphase zu nutze, um einen Injektorausfall feststellen beziehungsweise einen ausgefallenen Injektor identifizieren zu können. Solche Verfahren sind bei Großmotoren nicht einsetzbar, weil diese generell keine Schubphase aufweisen. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist dagegen insbesondere zur Durchführung bei Großmotoren geeignet, weil es unabhängig von einem Betriebspunkt des
Verbrennungsmotors, insbesondere auch unter Last oder im Leerlauf durchführbar ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Dieses ist eingerichtet zur
Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Insbesondere ist ein entsprechender Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens in das Motorsteuergerät implementiert. Damit ergeben sich in Zusammenhang mit dem
Motorsteuergerät die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein System zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird.
Das System weist ein Erfassungsmittel, vorzugsweise einen Kurbelwellensensor auf, der so ausgebildet ist, dass er ein Kurbelwinkelsignal messen beziehungsweise erfassen kann. Es weist ein Transformationsmittel auf, das mit dem Erfassungsmittel zur
Weiterleitung des Kurbelwinkelsignals wirkverbunden und so ausgebildet ist, dass das Kurbelwinkelsignal mi.thilfe des Transformationsmittels mittels diskreter
Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformierbar ist. Weiterhin weist das System ein Schaltmittel auf, das so ausgebildet ist, dass mit seiner Hilfe Injektoren des Verbrennungsmotors sequentiell und insbesondere einzeln abgeschaltet und auch wieder angeschaltet werden können. Das System weist außerdem ein erstes Speichermittel auf, das so ausgebildet ist, das mit seiner Hilfe ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals für jeden insbesondere einzeln abgeschalteten Injektor erfassbar und speicherbar ist. Es ist ein zweites Speichermittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es fortlaufend einen Winkel und einen Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals erfassen und speichern kann. Weiterhin ist ein erstes Vergleichsmittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es den in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Betrag mit einem vorherbestimmten Schwellenwert fortlaufend vergleichen kann, wobei das Vergleichsmittel außerdem so ausgebildet ist, dass es einen Injektorausfall feststellt, wenn der Betrag den vorherbestimmten
Schwellenwert überschreitet. Es ist ein zweites Vergleichsmittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es den in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Winkel mit jedem der in dem ersten Speichermittel gespeicherten Winkel einzeln vergleichen kann, wenn ein Injektorausfall vorliegt. Das zweite Vergleichsmitte! ist außerdem so
ausgebildet, dass es einen ausgefallenen Injektor mit dem Injektor identifiziert, für den ein
- gegebenenfalls im Rahmen eines vorherbestimmten Toleranz- und/oder Fehlerbereichs
- übereinstimmender, in dem ersten Speichermittel gespeicherte Winkel gefunden wird.
Im Übrigen werden die im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Verfahrensmerkmale auch als entsprechende Vorrichtungsmerkmale des Systems bevorzugt. Bezüglich bevorzugter Ausführungsbeispiele des Systems wird daher auf die Ausführungen zu dem Verfahren verwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
In einem ersten Schritt 1 wird das Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren gestartet. Dies erfolgt bevorzugt gemeinsam mit oder unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors. In einem zweiten Schritt 3 werden ein Betrag und ein Winkel einer Harmonischen der 0,5-ten Ordnung eines mittels diskreter Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und vorzugsweise in einem dritten Speichermittel gespeichert.
Es folgt eine Abfrage 5, in der überprüft wird, ob der in Schritt 3 initial gespeicherte Betrag größer ist als ein vorherbestimmter Schwellenwert.
Ist dies nicht der Fall, liegt offenbar kein intitial ausgefallener Injektor vor, und das Verfahren schreitet weiter fort zu einer Abfrage 7. In dieser wird geprüft, ob ein erstes Speichermittel bereits initialisiert wurde. Vorzugsweise wird nach jedem Neustart des Verbrennungsmotors das erste Speichermittel frisch initialisiert. Es ist allerdings nicht unbedingt nötig, das erste Speichermittel auch neu zu initialisieren, wenn das Verfahren während des laufenden Betriebs des Verbrennungsmotors gestoppt und - nach einer gewissen Wartezeit - neu gestartet wird. Auch in einem solchen Fall ist es allerdings möglich, das erste Speichermittel frisch zu initialisieren, wobei es auch zum Ende des Verfahrens gelöscht werden kann, sodass es bei einem Neustart frisch initialisiert werden muss. Bei einer alternativen Ausführungsform ist es selbstverständlich auch möglich, dass das Speichermittel nicht bei jedem Neustart des Verbrennungsmotors frisch initialisiert wird, sondern dass vielmehr die insbesondere in der Lookup-Tabelle
hinterlegten Werte für eine vorherbestimmte Anzahl separater Betriebsphasen des Verbrennungsmotors verwendet werden.
Ist das erste Speichermittel noch nicht initialisiert, schreitet das Verfahren fort zu einem Schritt 101. Andernfalls, wenn also bereits ein initialisiertes erstes Speichermittel beziehungsweise eine bedatete, also mit Daten gefüllte Lookup-Tabelle vorliegt, schreitet das Verfahren fort zu einem Schritt 9.
Es wird nun im Folgenden zunächst die Initialisierung des ersten Speichermittels beziehungsweise die Bedatung der Lookup-Tabelle beschrieben. Dazu wird in dem Schritt 101 eine Anzahl der von dem Verbrennungsmotor umfassten Zylinder und damit auch die Anzahl der von dem Verbrennungsmotor umfassten Injektoren ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Verbrennungsmotor genau einen Injektor pro Zylinder. Es ist jedoch auch möglich, dass mehr als ein Injektor pro Zylinder vorgesehen sein kann. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, wie das im Folgenden beschriebene Verfahren dann zu modifizieren ist, weshalb hier der Einfachheit wegen lediglich der bevorzugte Fall beschrieben wird, in welchem der Verbrennungsmotor lediglich einen Injektor pro Zylinder umfasst. Die ermittelte Anzahl der Zylinder wird gespeichert, und es wird eine Laufvariable auf den Wert 0 gesetzt.
Anschließend wird in einer Abfrage 103 überprüft, ob der aktuelle Wert der Laufvariable kleiner ist als die gespeicherte Anzahl der Zylinder. Ist dies der Fall, schreitet das
Verfahren weiter fort zu einem Schritt 105, in welchem ein erster Injektor abgeschaltet wird, wenn die Laufvariable den Wert 0 aufweist, wobei ein zweiter Injektor abgeschaltet wird, wenn die Laufvariable den Wert 1 aufweist, und so fort. Es wird also stets ein und nur ein Injektor abgeschaltet, der dem aktuellen Wert der Laufvariable eindeutig zugeordnet ist. In einem folgenden Schritt 107 wird ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und in dem ersten Speichermittel beziehungsweise der Lookup-Tabelle hinterlegt, der dem Betrieb des Verbrennungsmotors mit dem allein abgeschalteten Injektor zugeordnet ist, welcher dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist.
In einem folgenden Schritt 109 wird der entsprechende Injektor, der dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist, wieder eingeschaltet.
In einem folgenden Schritt 111 wird der Wert der Laufvariable um den Betrag 1 erhöht. Das Verfahren kehrt nun zurück zu der Abfrage 103, in der wiederum geprüft wird, ob der neue Wert der Laufvariable noch kleiner ist als die gespeicherte Anzahl der Zylinder. Ist dies weiter der Fall, folgt wiederum die Abfolge der Schritte 105 bis 11 1. Es wird also eine Schleife um die Abfrage 103 und die Schritte 105 bis 11 1 solange durchlaufen, bis für jeden einzeln abgeschalteten Injektor ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wurde. Weist die Laufvariable erstmals einen Wert auf, welcher der Anzahl der Zylinder entspricht, wurde die entsprechende Schleife für alle Injektoren durchlaufen, weil für den ersten Injektor mit dem Wert 0 der Laufvariable begonnen wurde. Die Schleife wird also für den letzten Injektor durchlaufen, wenn die Laufvariable einen Wert aufweist, welcher der Anzahl der Zylinder reduziert um den Betrag 1 entspricht.
Weist demnach in der Abfrage 03 die Laufvariable erstmals einen Wert auf, welcher identisch ist mit der Anzahl der Zylinder, schreitet das Verfahren zu dem Schritt 9 fort. Wie bereits ausgeführt wurde, gelangt das Verfahren auch direkt von der Abfrage 7 zu dem Schritt 9, wenn auf die Initialisierung des ersten Speichermittels beziehungsweise die Bedatung der Lookup-Tabelle verzichtet werden kann.
In dem Schritt 9 wird sowohl ein Betrag als auch ein Winkel der Harmonischen der 0,5- ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und vorzugsweise in einem zweiten Speichermittel gespeichert.
In einer Abfrage 11 wird geprüft, ob der in dem Schritt 9 erfasste und gespeicherte Betrag größer ist als ein vorherbestimmter Schwellenwert. Ist dies nicht der Fall, liegt offenbar kein Injektorausfall vor, und das Verfahren kehrt zurück zu dem Schritt 9, indem wiederum ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wird. Dabei wird klar, dass hier eine Schleife verwirklicht wird, in der fortlaufend ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wird.
Dies wird solange fortgesetzt, bis in der Abfrage 11 festgestellt wird, dass der aktuell erfasste und gespeicherte Betrag größer ist als der vorherbestimmte Schwellenwert. In diesem Fall liegt ein Injektorausfall vor, und das Verfahren schreitet fort zu einem Schritt 13, in dem der in Schritt 9 erfasste Winkel einzeln mit den in dem ersten Speichermittel beziehungsweise in der Lookup-Tabelle gespeicherten Winkeln, die jeweils einzeln abgeschalteten Injektoren zugeordnet sind, verglichen wird.
In einer Abfrage 15 wird schließlich geprüft, ob ein - gegebenenfalls im Rahmen eines vorherbestimmten Toleranz- beziehungsweise Fehlerbereichs - übereinstimmender Winkel gefunden wurde.
Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt 17 festgestellt, dass das offenbar ein Fehler vorliegt, wobei der ausgefallene Injektor nicht erkannt wurde. In diesem Fall kehrt das Verfahren zurück zu dem Schritt 9, und es beginnt erneut die fortlaufende Erfassung und Speicherung des Betrags und des Winkels der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals.
Wurde dagegen erfolgreich eine übereinstimmender Winkel festgestellt, kann zugleich der ausgefallene Injektor anhand der in dem ersten Speichemittel hinterlegten Werte beziehungsweise der Daten der Lookup-Tabelle identifiziert werden. Es wird dann in einem Schritt 19 der ausgefallene Injektor ausgegeben, und/oder es werden Maßnahmen . ergriffen, wobei beispielsweise ein Warnhinweis an einen Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors ausgegeben wird, ein Aussetzen einer Bestromung des
ausgefallenen Injektors durchgeführt wird, eine Leistung des Verbrennungsmotors reduziert wird und/oder der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird.
Hiernach endet vorzugsweise das Verfahren in einem Schritt 21.
Wird in Schritt 5 ein initial ausgefallener Injektor erkannt, weil der initial erfasste Wert für den Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist, schreitet das Verfahren nicht zu der Abfrage 7, sondern zu einem Schritt 201 fort. In diesem Schritt wird, insoweit völlig analog zu der Vorgehensweise in Schritt 101 , die Anzahl der Zylinder ermittelt, und einer Laufvariable wird der Wert 0 zugewiesen. Insoweit wird auf die Ausführungen zu Schritt 101 verwiesen.
Selbstverständlich sind in beiden Schritten 201 , 101 abweichende Startwerte für die Laufvariable möglich. Es ist offensichtlich, wie das Verfahren dann zu modifizieren ist.
In einer Abfrage 203 wird analog zu der Abfrage 103 geprüft, ob die Laufvariable kleiner ist als die Anzahl der Zylinder. Dies ist typischerweise bei einem ersten Erreichen der Abfrage 203 der Fall, weil die Laufvariable zuvor in dem Schritt 201 auf den Wert 0 gesetzt wurde.
In einem Schritt 205 wird nun ein Injektor abgeschaltet, welcher dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist. Auch bezüglich der Zuordnung der Injektoren zu den Werten der Laufvariable wird auf die bereits in Zusammenhang mit der Abfrage 103 und den Schritten 105 bis 1 11 dargelegten Ausführungen verwiesen. Wesentlich ist, dass in dem Schritt 205 ausschließlich ein einziger Injektor gezielt abgeschaltet wird, welcher eindeutig dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist.
In einem Schritt 207 werden ein Betrag und eine Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst, die in dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit dem aktuell abgeschalteten, dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordneten Injektor vorliegen.
In einer Abfrage 209 werden die so ermittelten, dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordneten Werte für den Betrag und den Winkel mit den initial in Schritt 3 ermittelten und gespeicherten Werten verglichen.
Stimmen diese Werte - gegebenenfalls innerhalb eines vorherbestimmten Toleranzbeziehungsweise Fehlerbereichs - überein, wurde offenbar versucht, den ohnehin ausgefallenen Injektor abzuschalten, denn es hat sich keine Änderung bezüglich der Werte ergeben, die der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung zugeordnet sind.
In diesem Fall springt das Verfahren zu dem Schritt 19, weil der initial ausgefallene Injektor erkannt wurde. Es werden dann vorzugsweise die bereits beschriebenen Maßnahmen eingeleitet, und das Verfahren endet in Schritt 21. Stimmen dagegen in der Abfrage 209 die Werte, welche dem aktuellen Wert der
Laufvariable zugeordnet sind, nicht mit den in Schritt 3 initial gemessenen Werten überein, wurde offenbar ein anderer, nicht ausgefallener Injektor abgeschaltet.
In diesem Fall wird in Schritt 211 der bei dem aktuellen Wert der Laufvariable
abgeschaltete Injektor wieder eingeschaltet, und die Laufvariable wird in einem Schritt 213 um 1 hochgezählt, das heißt ihr Betrag wird um den Betrag 1 vergrößert. Das
Verfahren springt dann zurück zu der Abfrage 203, in der wiederum geprüft wird, ob der aktuelle Wert der Laufvariable kleiner ist als die Anzahl der Zylinder. Es wird hier also eine Schleife verwirklicht, die so lange durchlaufen wird, bis entweder der initial ausgefallene Injektor identifiziert ist, oder bis alle Injektoren einzeln abgeschaltet wurden, ohne dass der ausgefallene Injektor identifziert wurde. Nur in diesem letzten Fall wird in der Abfrage 203 überhaupt jemals festgestellt, dass die Laufvariable einen Wert annimmt, welcher der Anzahl der Zylinder entspricht. In allen anderen Fällen endet die Schleife vorher in der Abfrage 209, weil der ausgefallene Injektor identifiziert wurde, und das Verfahren daher in den Schritt 19 springt. Da in dem letzten Fall offenbar die Schleife fehlerhaft durchlaufen wurde, weil in der Abfrage 5 ein Injektorausfall festgestellt, aber daraufhin kein ausgefallener Injektor identifiziert wurde, springt das Verfahren dann in den Schritt 201 zurück, wo erneut die Anzahl der Zylinder ermittelt wird. Es folgt dann ein erneuter Durchlauf der Abfrage 203 beziehungsweise der Schritte 205 bis 209 oder auch 211 , 213 so lange, bis der ausgefallene Injektor erfolgreich identifiziert wurde.
In Tabelle 1 sind beispielhaft Werte dargestellt, die zur Identifizierung von einzelnen Zylindern zugeordneten Injektoren in dem ersten Speichermittel gespeichert sein können. Insoweit ist Tabelle 1 ein Beispiel für eine Lookup-Tabelle. Die dargestellten Werte wurden für einen 12-Zylinder V-Motor gemessen und stellen insoweit Beispielwerte für die Bedatung einer Lookup-Tabelle dar. Anhand von Tabelle 1 soll lediglich verdeutlicht werden, dass es tatsächlich möglich ist, über den Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung eindeutig festzustellen, welcher Injektor ausgefallen ist. Es wird also deutlich, dass dieser Winkel tatsächlich eindeutig einen einzeln abgeschalteten beziehungsweise ausgefallenen Injektor charakterisiert.
Hierzu ist in der linken Spalte von Tabelle 1 der jeweilige Injektor über den ihm eindeutig zugeordneten Zylinder gekennzeichnet. Bei einem V-Motor unterscheidet man zwischen den beiden sich in einem geometrischen Winkel V-förmig gegenüberstehenden Zylinderbänken, die durch die Buchstaben A und B bezeichnet werden. Die zwölf Zylinder sind demnach durchnummeriert mit den Bezeichnungen A1 bis A6 für die Zylinder der A- Bank und den Bezeichnungen B1 bis B6 für die Zylinder der B-Bank. Jedem Zylinder ist dabei genau ein Injektor zugeordnet. In der rechten Spalte sind die charakteristischen Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten
Kurbelwinkelsignals für die in der linken Spalte bezeichneten, einzeln abgeschalteten Injektoren eingetragen.
Dabei zeigt sich, dass die einzelnen Werte der Winkel für die einzelnen Injektoren charakteristisch sind, sodass diese über die Winkelwerte eindeutig bestimmbar sind.
Tabelle 1
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens, des Motorsteuergeräts und des Systems eine einfache und rasche Injektorausfallerkennung möglich ist, wobei insbesondere eine Erkennung von defekten Injektoren während eines laufenden Betriebs des Verbrennungsmotors ohne Zylinderabschaltung, die den Betrieb stören könnte, möglich ist. Vielmehr müssen nur einmalig die einzelnen Injektoren sequentiell nacheinander abgeschaltet werden, um das erste Speichermittel mit Werten zu füllen beziehungsweise die Lookup-Tabelle zu bedaten. Es ist ohne Weiteres möglich, einen defekten Injektor zu individualisieren und damit auch gezielt auszutauschen. Weiterhin ist es nicht nötig, außerhalb eines normalen Betriebs des Verbrennungsmotors Testsequenzen zu fahren, da das Verfahren quasi eine Online-Überwachung im laufenden Motorbetrieb ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor, mit folgenden Schritten: Messen eines Kurbelwinkelsignals; Transformieren des Kurbelwinkelsignals in den Frequenzbereich mittels diskreter Fouriertransformation; einmaliges, sequentielles Abschalten jedes Injektors; einmaliges, sequentielles Erfassen und Speichern eines Winkels der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals für jeden abgeschalteten Injektor;
fortlaufendes Erfassen und Speichern eines Winkels und eines Betrags der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals; fortlaufendes Vergleichen des fortlaufend erfassten Betrags mit einem
vorherbestimmten Schwellenwert, und Feststellen eines Injektorausfalls, wenn der Betrag den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet; Vergleichen des fortlaufend erfassten Winkels mit den für jeden abgeschalteten Injektor
gespeicherten Winkeln, wenn ein Injektorausfall festgestellt wird, und Identifizieren des ausgefallenen Injektors mit einem Injektor, für den ein übereinstimmender, gespeicherter Winkel gefunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einmalig
sequentiell erfassten Winkel in einer Lookup-Tabelle gespeichert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einmalige, sequentielle Erfassen und Speichern der Winkel für jeden abgeschalteten Injektor nach einem Start des Verbrennungsmotors oder nach einem Start des Verfahrens durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Maßnahme ergriffen wird, wenn ein Injektorausfall festgestellt und ein ausgefallener Injektor identifiziert wird, wobei die Maßnahme ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Ausgabe eines Warnhinweises an einen Fahrer oder Betreiber, einem Aussetzen einer Bestromung des ausgefallenen Injektors, einer Reduzierung einer Leistung des Verbrennungsmotors, und einem Abschalten des Verbrennungsmotors.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fortlaufend erfasste Winkel und Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals initial gespeichert wird, wenn ein initialer
Injektorausfall erkannt wird, bevor die Winkel für jeden abgeschalteten Injektor einmalig sequentiell erfasst und gespeichert wurden, insbesondere direkt nach einem Start des Verbrennungsmotors oder des Verfahrens, wobei in diesem Fall nach dem Erfassen und initialen Speichern des Winkels und des Betrags die Injektoren sequentiell nacheinander abgeschaltet werden, wobei für jeden abgeschalteten Injektor ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals erfasst und mit den initial gespeicherten Werten verglichen werden, wobei ein initial ausgefallener Injektor identifiziert wird, wenn der für einen abgeschalteten Injektor erfasste Betrag und Winkel mit den initial gespeicherten Werten übereinstimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maßnahme
gemäß Anspruch 4 ergriffen wird, wenn ein initial ausgefallener Injektor identifiziert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch ein Motorsteuergerät durchgeführt wird, wobei das Kurbelwinkelsignal durch einen Kurbelwellensensor erfasst wird, und wobei vorzugsweise das Motorsteuergerät zu Beginn des Verfahrens mittels eines
Nockenwellensignals auf Arbeitstakte des Verbrennungsmotors synchronisiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors unter Last oder im Leerlauf durchgeführt wird.
9. Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Erfassungsmittel, vorzugsweise einem Kurbelwellensensor, ausgebildet zur Messung eines Kurbelwinkelsignals; einem Transformationsmittel, ausgebildet zur Transformation des Kurbelwinkelsignals in den Frequenzbereich mittels diskreter Fouriertransformation; einem Schaltmittel, ausgebildet zum sequentiellen
Abschalten von Injektoren des Verbrennungsmotors; einem ersten Speichermittel, ausgebildet zum Erfassen und Speichern eines Winkels der Harmonischen der 0,5- ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals für jeden abgeschalteten Injektor; einem zweiten Speichermittel, ausgebildet zum fortlaufenden Erfassen und Speichern eines Winkels und eines Betrags der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals; einem ersten Vergleichsmittel, ausgebildet zum fortlaufenden Vergleichen des in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Betrags mit einem vorherbestimmten Schwellenwert, wobei das erste Vergleichsmittel so ausgebildet ist, dass es einen Injektorausfall feststellt, wenn der Betrag den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, sowie einem zweiten Vergleichsmittel, ausgebildet zum Vergleichen des in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Winkels mit jedem der in dem ersten Speichermittel gespeicherten Winkel, wenn ein
Injektorausfall vorliegt, wobei das zweite Vergleichsmittel so ausgebildet ist, dass es einen ausgefallenen Injektor mit dem Injektor identifiziert, für den ein
übereinstimmender, in dem ersten Speichermittel gespeicherter Winkel gefunden wird.
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