DE19505786A1 - Verfahren zum Ermitteln von Fehlerzuständen von Dieseleinspritzanlagen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln von Fehlerzuständen von Dieseleinspritzanlagen aus mindestens einem Einspritzdruckverlauf, bei dem der Einspritzdruckverlauf erfaßt, Vergleichsdaten gegenübergestellt und ausgewertet wird.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren zur Fehlerdiagnose bei Dieseleinspritzanlagen wird der Einspritzdruckverlauf mittels eines Aufklemmgebers an Leitungen, die zu den Einspritzdüsen führen, abgenommen. Die Auswertung und Diagnose basiert auf der visuellen Beurteilung der gemessenen Einspritzdruckverläufe bzw. auf dem visuellen Vergleich der gemessenen Einspritzdruckverläu­ fe verschiedener Zylinder eines Motors untereinander. Zu dieser subjektiven Auswertung gehört nicht nur viel Erfahrung, sondern die einzelnen Meßgeber müssen auch sorgfältig ausgewählt und aufeinander genau abgestimmt sein, da Empfindlichkeitsabweichun­ gen voneinander die Auswertung beeinflussen und zu einer Fehl­ diagnose führen würden.

Bei einem anderen Verfahren dieser Art wird aus dem Signal des Einspritzdruckverlaufs nur der Förderbeginn und die Drehzahl abgeleitet, so daß die gewonnene Information relativ gering ist.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem Fehler der Die­ seleinspritzanlage zuverlässig diagnostiziert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Hiernach ist also vorgesehen, daß der erfaßte Einspritzdruckver­ lauf bezüglich der Einzeleinspritzungen anhand einer Standard­ kurve normiert wird und daß zur Auswertung der normierte Ein­ spritzdruckverlauf mindestens einer Einzeleinspritzug den Ver­ gleichsdaten gegenübergestellt wird.

Durch die Normierung erfolgt eine Signalaufbereitung, durch die unterschiedliche Empfindlichkeiten der Meßgeber eliminiert wer­ den. Hierdurch werden durch die Meßgeber bzw. deren Anschluß an die Dieseleinspritzanlage bedingte systematische oder zufällige Fehler kompensiert, so daß sie nicht verfälschend in die Aus­ wertung eingehen. Dabei können Meßgeber unterschiedlicher Emp­ findlichkeiten für die Messung des Einspritzdruckverlaufes an einem oder mehreren Zylindern verwendet werden, wobei das Meß­ ergebnis reproduzierbar und die einzelnen Meßergebnisse mitein­ ander vergleichbar bleiben. Die normierten Einspritzdruckverläu­ fe bilden eine eindeutige Basis für eine visuelle oder automati­ sche Auswertung und Fehlerbestimmung. Zudem kann der Einfluß von Drehzahlschwankungen eliminiert werden.

Vorteilhaft läuft die Normierung in einem ersten Schritt zu­ nächst in Richtung der Zeitachse des Einspritzdruckverlaufes und dann in einem zweiten Schritt in Richtung der Amplitude des Einspritzdruckverlaufes ab. Durch die Normierung in Richtung der Zeitachse werden die Einzeleinspritzungen verschiedener Zylinder an die gleiche Stelle einer Zeitachse gelegt und einander über­ lagerbar, während durch die Normierung in Amplitudenrichtung evtl. Unterschiede in den Amplitudenmerkmalen der Einzelein­ spritzungen hervortreten.

Eine vorteilhafte Vorgehensweise für eine gute Normierung be­ steht darin, daß die Normierung in Richtung der Zeitachse durch Kreuzkorrelation von diskreten Werten des Einspritzdruckver­ laufes und entsprechenden Werten der Standardkurve erfolgt, wobei die Maxima der Kreuzkorrelationsfunktion die zeitliche Anpassung des Einspritzdruckverlaufs darstellen, und daß die Normierung in Richtung der Amplitude mittels linearer Regression erfolgt, wobei ebenfalls die diskreten Werte des Einspritzdruck­ verlaufs und entsprechende Werte der Standardkurve verwendet werden.

Die Werte für die Kreuzkorrelation bzw. die Regression sind dabei zeitlich äquidistante Abtastwerte des Einspritzdruckverlaufes.

Beispielsweise kann für die Normierung mittels Kreuzkorrelation und Regression als Standardkurve eine normale Einzeleinspritzung oder eine grob an eine Einzeleinspritzung angepaßte Dreiecks­ funktion dienen
Die Normierung kann auch so vorgenommen werden, daß sie in Rich­ tung der Zeitachse anhand des ersten Maximums erfolgt, wobei diesem die Zeit Null und die Amplitude Eins zugeordnet wird, oder daß die Normierung anhand eines anderen charakteristischen Wertes erfolgt.

Für die Auswertung und Fehlerdiagnose ist es günstig, wenn die Einspritzdruckverläufe aller Zylinder erfaßt und die Einzelein­ spritzungen der verschiedenen Zylinder mittels der Normierung überlagert dargestellt werden. Hierdurch wird ein relativer Vergleich zwischen den Einspritzdruckverläufen der einzelnen Zylinder ermöglicht und zusätzlich können die Einspritzdruck­ verläufe auch mit vorgegebenen Daten z. B. in Form von Fehler­ bildern verglichen werden.

Die Motordrehzahl kann grundsätzlich durch die unmittelbare Erfassung des zeitlichen Abstandes der Einzeleinspritzungen erfaßt werden. Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit ist jedoch höher, wenn der zeitliche Abstand der Kreuzkorrelationsmaxima zugrundegelegt wird. Die erfaßte Motordrehzahl kann als Informa­ tion für die Verbesserung der Normierung und/oder zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Auswerteergebnisses ausgenutzt werden, da sich eine Drehzahländerung bzw. Beschleunigung auf die Kur­ venform des Einspritzdruckverlaufs auswirkt. Bei der Auswertung können entsprechende Vergleichsdaten zugrundegelegt werden.

Die Auswertung wird sicherer, wenn sie auf der Grundlage einer Mittelung über mehrere zeitlich nacheinander folgende normierte Einzeleinspritzungen erfolgt.

Alternativ zur Normierung im Zeitbereich kann auch eine Normie­ rung der in den Frequenzbereich transformierten Einspritzdruck­ verläufe durchgeführt werden, wobei Merkmale bzw. Abtastwerte der spektralen Amplituden verwendet werden.

Die Fehler können beispielsweise dadurch ermittelt werden, daß zur visuellen Auswertung die Vergleichsdaten und die zu beur­ teilende normierte Einzeleinspritzung gleichzeitig dargestellt werden, wobei als Vergleichsdaten entweder die normierten Einzeleinspritzungen der anderen Zylinder oder ein Normalbild für die ordnungsgemäße Funktion und - wenn gewünscht - mindestens ein charakteristisches Fehlerbild dienen.

Eine von der Erfahrung und subjektiven Bewertung des Bedienungs­ personals unabhängige objektive Auswertung wird dadurch erzielt, daß die Auswertung automatisch durch Vergleich von diskreten Werten der normierten Einzeleinspritzungen mit den gespeicherten Vergleichsdaten und Zuordnung der Werte zu den Vergleichsdaten erfolgt, die einen Normalzustand und mindestens ein Fehlerbild darstellen, wobei die diskreten Werte äquidistante Abtastwerte oder Maxima und/oder Minima sind.

Als Auswertemethoden eignen sich hierbei eine Diskriminanzanaly­ se oder eine Verarbeitung durch ein neuronales Netzwerk.

Für eine übersichtliche Information der Bedienungsperson ist es vorteilhaft, wenn nur die Fehler angezeigt werden, deren Wahr­ scheinlichkeit oberhalb einer vorgegebenen Grenze liegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 von Meßgebern aufgenommene tiefpaßgefiltere Si­ gnale von Einspritzdruckverläufen für die vier Zylinder eines Vierzylindermotors über der Zeit,

Fig. 2 vier einander zeitlich überlagert e Einzeleinspritzvorgänge von für die vier verschiedenen Zylinder gemessenen Einspritzdruckverläufen, die zeitlich an eine Standardkurve angepaßt sind,

Fig. 3 die vier Einzeleinspritzvorgänge nach Fig. 2, die nun zusätzlich amplitudenmäßig an die Stan­ dardkurve angepaßt sind,

Fig. 4 charakteristische Merkmale einer normierten Ein­ zeleinspritzung und

Fig. 5 eine der Fig 3 entsprechende Darstellung, wobei ein fehlerhafter Einspritzdruckverlauf bei Zy­ linder 1 vorliegt.

In der Fig. 1 sind Ausschnitte von Einspritzdruckverläufen 1 fuhr die vier Zylinder eines Vierzylindermotors über der Zeit t mit jeweiligen Einzeleinspritzungen 1.1a bis 1.1d dargestellt, wie sie beispielsweise mit Hilfe von Klemmgebern gewonnen werden.

Der jeweilige Klemmgeber ist dabei an einer Einspritzleitung vorzugsweise in der Nähe der Einspritzdüse aufgeklemmt, wobei es sich beispielsweise um einen üblichen Piezoelektrischen Auf­ klemmgeber handelt, der eine dem Einspritzdruckverlauf propor­ tionale elektrische Ladung liefert, die elektronisch in eine Spannung konvertiert wird. Als andere mögliche Meßgeber kommen auch piezoresistive Meßgeber und, anstelle von Aufkleiningebern, auch eingebaute Meßgeber in Frage. Die Skalierung in Zeitrich­ tung und in Amplitudenrichtung ist in modifizierten Einheiten vorgenommen.

Der Einspritzdruckverlauf kann unter verschiedenen Betriebs­ bedingungen des Motors gewonnen werden, z. B. bei konstanter Drehzahl, vorzugsweise unter Last oder bei dynamischer Belastung während einer freien Beschleunigung des nur durch sein Träg­ heitsmoment belasteten Motors.

In Fig. 2 sind die Verläufe von für vier verschiedene Zylinder gemessenen Einzeleinspritzungen über der Zeit dargestellt, wobei die Amplitude in modifizierten Spannungseinheiten skaliert ist. Die Einzeleinspritzungen sind zeitlich (mittels Kreuzkorrela­ tion), aber nicht amplitudenmäßig an eine Standardkurve ange­ paßt. Hierbei zeigen insbesondere die Kurvenverläufe der Ein­ zeleinspritzungen Zyl. 1 und Zyl. 3 gegenüber den Amplituden der übrigen Einzeleinspritzungen eine Abweichung, die beispielsweise auf einer unterschiedlichen Empfindlichkeit der entsprechenden Meßgeber beruhen kann. Die vier Einzeleinspritzungen sind hier­ bei jeweils über 10 aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge ge­ mittelt. Alle Elemente des Einspritzsystems befinden sich im Normalzustand.

In Fig. 3 sind normierte Verläufe 2 von Einzeleinspritzungen Zyl. 1 bis Zyl. 4 dargestellt. Die Normierung ist hierbei sowohl in Richtung der Zeitachse als auch in Amplitudenrichtung er­ folgt, wobei die Normierung in Richtung der Zeitachse mittels Kreuzkorrelation ausgeführt ist, so daß die Einzeleinspritzungen der verschiedenen Einspritzdruckverläufe für die verschiedenen Zylinder entlang der Zeitachse beginnend bei Null, überlagert sind. In Amplitudenrichtung ist die Normierung mittels linearer Regression unter Anpassung an eine Standardkurve vorgenommen. Alle Elemente des Einspritzsystems befinden sich im Normalzu­ stand.

Die in einem ersten Schritt durchgeführte Kreuzkorrelation wird zwischen diskreten Werten des Einspritzdruckverlaufes und einer Standardkurve vorgenommen. Die diskreten Werte sind dabei zeit­ lich äquidistante Abtastwerte des Einspritzdruckverlaufs. Die Standardkurve kann eine normale Einzeleinspritzung oder eine grob an eine Einzeleinspritzung angepaßte Dreiecksfunktion oder dgl. sein. Die Maxima der Kreuzkorrelationsfunktion stellen die zeitliche Anpassung des Verlaufe s der Standardkurve an den Ein­ spritzdruckverlauf dar und gestatten, zeitlich angepaßte Ein­ zeleinspritzungen aus dem gesamten Einspritzdruckverlauf zu extrahieren.

In einem zweiten Schritt werden darin die extrahierten Einzelein­ spritzungen mit Hilfe der linearen Regression amplitudenmäßig an den Verlauf der Standardkurve angepaßt und anschließend über alle oder mehrere extrahierte und angepaßte Einzeleinspritzungen gemittelt.

Aus Fig. 3 ist die gute Reproduzierbarkeit der Verläufe für die normierten Einzeleinspritzungen ersichtlich. In Amplitudenrich­ tung ist eine Skalierung in normierten Einheiten Y vorgenommen.

Gemäß einer zweiten Methode kann die Normierung auch mittels einer Maximum-Minimum-Methode vorgenommen werden. Hierbei werden aus einem Einspritzdruckverlauf gem. Fig. 1 ebenfalls Einzelein­ spritzungen extrahiert. Die Einzeleinspritzungen werden derart normiert, daß beim ersten Maximum die Zeit gleich Null und die Amplitude gleich Eins gesetzt ist.

Ferner kann eine Signalaufbereitung und/oder die Auswertung im Frequenzbereich vorgenommen werden, wozu bereits der gemessene oder der schon normierte Einspritzdruckverlauf in den Frequenz­ bereich transformiert wird.

Die Auswertung kann nach der Normierung durch einen visuellen Vergleich der normierten Einzeleinspritzungen relativ für die verschiedenen Zylinder untereinander und/oder mit charakteristi­ schen Vergleichsdaten erfolgen, wobei die Vergleichsdaten einen Normalzustand und verschiedene Fehlerbilder darstellen. Infolge der Normierung sind Abweichungen im Fehlerzustand gegenüber dem Normalzustand oder anderen Fehlerzuständen gut zu unterscheiden.

Um von der subjektiven Wertung der Bedienungsperson und deren Erfahrungsgrad unabhängig zu sein, eignet sich eine automatische Auswertung der normierten Einzeleinspritzungen zur Fehlerdiagno­ se. Hierbei werden diskrete Werte der normierten Einzeleinsprit­ zungen mit gespeicherten Vergleichsdaten verglichen und eine Klassifizierung vorgenommen. Die Vergleichsdaten geben dabei einen Normalzustand und vorzugsweise mehrere Fehlerzustände wieder, und es wird die Wahrscheinlichkeit dafür ermittelt, daß die Einspritzdruckverläufe der jeweiligen Zylinder zum Normal­ zustand oder einem bestimmten Fehlerzustand gehören.

Die Klassifizierung kann beispielsweise mittels einer Diskrimi­ nanzanalyse unter Anwendung statistischer Verfahren oder mit sogenannten neuronalen Netzwerken erfolgen. Die für die Aus­ wertung zugrundegelegten diskreten Werte der normierten Ein­ zeleinspritzungen können dabei äquidistante Amplitudenabtast­ werte oder charakteristische Merkmale der normierten Einzelein­ spritzungen, insbesondere Maxima und/oder Minima sein. In Fig. 4 sind beispielsweise solche charakteristischen Merkmale a bis e dargestellt.

Die Auswertung kann dabei für den Zeitbereich oder den Frequenz­ bereich in entsprechender Weise erfolgen. Die Werte für die Fehlerdiagnose können im Frequenzbereich aus Merkmalen der spek­ tralen Amplituden bzw. durch geeignete Abtastwerte gewonnen werden

Fig. 5 zeigt eine entsprechende Darstellung wie Fig. 3. In Fig. 5 ist aber als Beispiel der normierte Verlauf einer fehlerbehafteten Einzeleinspritzung Zyl. 1′ mit (um 10%) zu geringem Einspritzdruck dem normierten Verlauf normaler Ein­ zeleinspritzungen Zyl. 2 bis Zyl. 4 gegenübergestellt. Die Abwei­ chung ist deutlich erkennbar.

Zur Verfeinerung des Verfahrens kann für die Normierung und/oder die Auswertung noch die jeweilige Motordrehzahl herangezogen werden, die mittels der zeitlichen Abstände der Korrelations­ maxima zuverlässig bestimmt werden kann. Hierdurch können der Fehlerdiagnose die entsprechenden Drehzahlwerte bzw. Beschleuni­ gungswerte zugrundegelegt werden, so daß die Zuverlässigkeit der Auswertung gewinnt, da die Einspritzdruckverläufe von der Dreh­ zahl bzw. der Drehzahländerung abhängig sind.

Als Ergebnis der automatischen Auswertung steht für die Bedie­ nungsperson beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, daß ein be­ stimmter Fehler vorliegt, zur Verfügung. Für eine übersichtliche Darstellung ist es günstig, wenn dabei nur diejenigen Fehler angezeigt werden, deren Wahrscheinlichkeit oberhalb einer vor­ gegebenen Grenze liegt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Ermitteln von Fehlerzuständen von Dieselein­ spritzanlagen aus einem Einspritzdruckverlauf, bei dein der Einspritzdruckverlauf erfaßt, Vergleichsdaten gegenüberge­ stellt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der erfaßte Einspritzdruckverlauf bezüglich der Ein­ zeleinspritzungen anhand einer Standardkurve normiert wird und
daß zur Auswertung der normierte Einspritzdruckverlauf mindestens einer Einzeleinspritzug den Vergleichsdaten gegenübergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Normierung in Richtung der Zeitachse des Einspritzdruckverlaufs und in einem zweiten Schritt die Normierung in Richtung der Amplitude des Ein­ spritzdruckverlaufes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Normierung in Richtung der Zeitachse durch Kreuz­ korrelation von diskreten Werten des Einspritzdruckver­ laufes und entsprechenden Werten der Standardkurve erfolgt, wobei die Maxima der Kreuzkorrelationsfunktion die zeitli­ che Anpassung des Einspritzdruckverlaufs darstellen, und daß die Normierung in Richtung der Amplitude mittels linea­ rer Regression erfolgt, wobei die diskreten Werte des Ein­ spritzdruckverlaufs und die entsprechenden Werte der Stan­ dardkurve verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Werte des Einspritzdruckverlaufs für die Normierung zeitlich äquidistante Abtastwerte herangezogen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Standardkurve eine normale Einzeleinspritzung oder eine grob an eine Einzeleinspritzung angepaßte Dreiecks­ funktion dient.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Normierung in Richtung der Zeitachse anhand des ersten Maximums erfolgt, wobei diesem die Zeit Null und die Amplitude Eins zugeordnet wird, oder daß die Normierung anhand eines anderen charakteristischen Wertes durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdruckverläufe aller Zylinder erfaßt und die Einzeleinspritzungen der verschiedenen Zylinder nach deren Normierung überlagert dargestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Anspruche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der zeitlichen Abstände der Kreuzkorrelations­ maxima die Motordrehzahl erfaßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung auf der Grundlage einer Mittelung über mehrere Einzeleinspritzungen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur visuellen Auswertung die Vergleichsdaten und die zu beurteilende normierte Einzeleinspritzung gleichzeitig dargestellt werden, wobei als Vergleichsdaten entweder die normierten Einzeleinspritzungen der anderen Zylinder oder ein Normalbild für die ordnungsgemäße Funktion und/oder mindestens ein charakteristisches Fehlerbild dienen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung automatisch durch Vergleich von dis­ kreten Werten der normierten Einzeleinspritzungen mit den gespeicherten Vergleichsdaten und Zuordnung der Werte zu den Vergleichsdaten erfolgt, die einen Normalzustand und mindestens ein Fehlerbild darstellen, wobei die diskreten Werte äquidistante Abtastwerte oder Maxima und/oder Minima sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung mittels einer Diskriminanzanalyse oder eines neuronalen Netzwerkes erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeleinspritzungen im Frequenzbereich weiter verarbeitet und mittels Merkmalen der spektralen Amplituden ausgewertet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Fehler angezeigt werden, deren Wahrscheinlich­ keit oberhalb einer vorgegebenen Grenze liegt.