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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung
bei einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Ein
solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Fehlererkennung
bei einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der
US 5,241,933 A bekannt.
Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung
im Bereich des Hochdruckkreises bei einem Common-Rail-System beschrieben.
Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird der Druck im Rail geregelt.
Liegt die Stellgröße des Druckregelkreises
außerhalb
eines vorgebbaren Bereichs, erkennt die Vorrichtung auf Fehler.
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Nachteilig
ist bei dieser Anordnung, daß ein Fehler
erst bei einem starken Druckabfall erkannt wird.
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Aus
der
DE 38 03 078 A1 ist
ebenfalls ein Verfahren und eine Einrichtung zur Fehlererkennung bei
einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dieser wird im Schubbetrieb
das Stellglied, das die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt,
an ihren mechanischen Anschlag gefahren, bei dem keine Einspritzung
erfolgt. Treten in diesem Betriebszustand bei einem sogenannten
Nadelbewegungsfühler
Impulse auf, so wird von einem Fehler ausgegangen.
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Aus
der
DE 31 29 686 A1 ist
eine Einrichtung zum Steuern des Ladedrucks, bei einer mit Aufladung
betriebenen Brennkraftmaschine bekannt.
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Aus
der
DE 419379 T1 ist
ein Verfahren zur Fehlererkennung bei einer selbstzündenden
Brennkraftmaschine bekannt. Ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen wird
ein modellierter Wert für
den Ladedruck ermittelt. Dieser wird dann mit dem tatsächlichen
Ladedruck verglichen. Ausgehend von diesem Vergleich wird ein Defekt
erkannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung und
einem Verfahren zur Fehlererkennung bei einer Brennkraftmaschine,
der eingangs genannten Art möglichst
sicher Fehler erkennen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können Fehler,
insbesondere im Bereich der Kraftstoffzumessung, sicher und einfach
erkannt werden. Insbesondere können
klemmende Magnetventile bei magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßeinrichtungen
oder ein Exzenterabriß bei
Verteilerpumpen bzw. Ein Regelstangenbruch bei Reihenpumpen sicher
nachgewiesen werden.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. Es
zeigen 1 ein Blockdiagramm eines Kraftstoffzumeßsystems
und die 2 und 3 ein Flußdiagramm
jeweils einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine
dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines oder
mehrerer Magnetventile gesteuert wird. Die in 1 dargestellte
Ausführungsform
betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist aber nicht auf solche Systeme beschränkt. Sie kann bei allen Kraftstoffzumeßsystemen
eingesetzt werden. Insbesondere kann auch bei sogenannten Verteilereinspritzpumpen,
bei denen der Spritzbeginn und/oder das Einspritzende mit einem
Magnetventil gesteuert wird, entsprechend vorgegangen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise kann
auch bei anderen Kraftstoffzumeßsystemen, wie
beispielsweise Pumpe-Düse-Systemen,
Pumpe-Leitung-Düse-Systemen,
Verteilerpumpen, Reihenpumpen und auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
eingesetzt werden.
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Mit 100 ist
eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Ansaugleitung 105 Frischluft
zugeführt
bekommt und über
eine Abgasleitung 110 Abgase abgibt. Die Abgasleitung 110 führt zu einer
Turbine 180 eines Turboladers. Die Turbine 180 steht über einen
Antrieb 195 mit dem Verdichter 190 des Turboladers
in Verbindung. Der Verdichter 190 steht wiederum mit der
Ansaugleitung 105 in Kontakt. In der Ansaugleitung 105 ist
ein Sensor 196 angeordnet, der den dort herrschenden Druck
erfaßt,
der im Folgenden auch als Ladedruck PL bezeichnet ist.
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Bei
der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Vierzylinderbrennkraftmaschine.
Das Verfahren kann auch bei beliebigen anderen Zylinderzahlen eingesetzt
werden. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122 und 123 zugeordnet.
Den Injektoren wird über
Magnetventile 130, 131, 132 und 133 Kraftstoff zugemessen.
Der Kraftstoff gelangt von einem sogenannten Rail 135 über die
Injektoren 120 bis 123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.
Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe 145 auf
einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruckpumpe 145 ist über ein
Magnetventil 150 mit einer Kraftstofförderpumpe 155 verbunden.
Die Kraftstofförderpumpe
steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Kontakt.
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Das
Ventil 150 umfaßt
eine Spule 152. Die Magnetventile 130 bis 133 enthalten
Spulen 140, 141, 142 und 143,
die mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagt werden
können.
Die Endstufe 175 ist vorzugsweise in einem Steuergerät 170 angeordnet,
das auch die Spule 152 ansteuert. Desweiteren ist ein Sensor 177 vorgesehen,
der den Druck im Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal
an das Steuergerät 170 leitet.
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Zu
dem Verdichter 180 ist eine Leitung parallel geschaltet,
mit der Abgas an dem Verdichter vorbeigeleitet werden kann. Der
Querschnitt dieser Leitung kann mittels eines Stellgliedes für den Ladedruck 197 von
dem Steuergerät 170 mittels
eines Ansteuersignals AP angesteuert werden. Das Ansteuersignal
AP bestimmt die Stellung des Stellgliedes 197 und damit
den Öffnungsquerschnitt
der Umwegleitung. Abhängig
vom Tastverhältnis
des Signals AP ergeben sich unterschiedlichen Abgasmengen, die nicht
zum Antrieb der Turbine verwendet werden. Solche Stellglieder 197 werden üblicherweise
als Waste-Gate bezeichnet.
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Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt: Die Kraftstofförderpumpe 155 fördert den
Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter
durch das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die
Hochdruckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen
vorgebbaren Druck auf. Üblicherweise
werden Druckwerte größer als
800 bar im Rail 135 erzielt. Durch Bestromen 140 bis 143 werden
die entsprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert.
Die Ansteuersignale für
die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn und das Einspritzende
des Kraftstoffes durch die Injektoren 120 bis 123 fest.
Die Ansteuersignale werden von dem Steuergerät 170 abhängig von
verschiedenen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise dem Fahrerwunsch,
der Drehzahl und weiteren Größen festgelegt.
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Schließt und öffnet eines
der Magnetventile 130 bis 133 nicht korrekt, so
kann der Fall eintreten, daß eine
unzulässige
Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine erfolgt. Dies kann
dazu führen, daß die Brennkraftmaschine
ungewollt beschleunigt oder sogar eine Beschädigung durch Überhitzen
der Brennkraftmaschine, Überdrehzahl
der Brennkraftmaschine und/oder einen unzulässigen Verbrennungsdruck auftritt.
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Bei
magnetventilgesteuerten Verteilereinspritzpumpen ist i. d. R. ein
Magnetventil vorgesehen, das so angeordnet ist, daß eine Einspritzung
erfolgt, wenn das Magnetventil geschlossen ist. Verbleibt das Magnetventil
in seiner geschlossenen Stellung oder in einer ungünstigen
Zwischenstellung, so erfolgt ebenfalls eine unzulässige Kraftstoffeinspritzung.
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Das
in der Brennkraftmaschine 100 entstehende Abgas treibt
die Turbine 118 des Turboladers an. Die Menge des antreibenden
Abgases kann mittels des Stellers 197 beeinflußt werden.
Anstelle dieses Stellers können
auch andere Steller, die den Ladedruck beeinflussen, verwendet werden.
So ist es z. B. auch möglich,
den Antrieb 195 entsprechend zu beeinflussen. Ferner kann
die Geometrie der Leitschaufeln der Turbine verstellt werden, um
den Ladedruck zu beeinflussen. Mittels des Antriebes 195 wird der
Verdichter 190 von der Turbine 180 entsprechend angetrieben.
Der Verdichter verdichtet die angesaugte Luft. Der Sensors 196 erfaßt den Druck
in der Ansaugleitung 105 zwischen der Brennkraftmaschine und
dem Verdichter.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, daß der Druck
PL und/oder die Änderung
des Druckes in der Ansaugleitung 105 als Maß für unkontrollierte
Einspritzungen in die Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
Bei erhöhter
Einspritzmenge erhöht sich
die Abgasmenge, die die Turbine antreibt, damit steigt auch der
Druck PL an. Weicht der Ladedruck und/oder die Änderung des Ladedruckes von
einem erwarteten Wert ab, so wird ein Fehler erkannt und in geeigneter
Weise eingegriffen.
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Eine
mögliche
Realisierung dieses Verfahrens ist in 2 als Flußdiagramm
dargestellt.
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Erfindungsgemäß wird überprüft, ob der
Ladedruck in einem vorgegebenen Zustand einen erwarteten Wert annimmt.
Ist dies nicht der Fall, so wird auf Fehler erkannt. Als Betriebszustand
wird ein Zustand ausgewählt,
bei dem im fehlerfreien Fall keine Einspritzung von Kraftstoff in
die Brennkraftmaschine erfolgt.
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In
einer ersten Abfrage 201 wird überprüft, ob der Startvorgang abgeschlossen
ist und ein sogenanntes Startbit gelöscht ist. Hierzu wird beispielsweise
auch überprüft, ob die
Drehzahl größer als
die Startdrehzahl NS ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt Schritt 206 indem
auf das normale Steuerprogramm übergegangen
wird.
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Ist
der Startvorgang korrekt abgeschlossen und/oder ist die Drehzahl
N größer als
die Startdrehzahl NS, so folgt die Abfrage 202, die überprüft, ob das
Fahrpedal betätigt
ist. Hierzu wird beispielsweise überprüft, ob die
Fahrpedalstellung FP gleich 0 ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt
ebenfalls Schritt 206.
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Ist
dies der Fall, so folgt die Abfrage 203, die überprüft, ob ein
Fahrgeschwindigkeitsregler aktiv ist. Ist dies der Fall, folgt ebenfalls
Schritt 206. Ist kein Fahrgeschwindigkeitsregler aktiv,
so folgt die Abfrage 204. Diese überprüft, ob ein externer Mengeneingriff vorliegt.
Ein solcher externer Mengeneingriff kann beispielsweise von einer
Getriebesteuerung und/oder einer Schleppmomentenregelung angefordert
werden. Hierzu wird überprüft, ob die
externe Mengenanforderung QKE gleich 0 ist. Ist dies nicht der Fall,
so folgt ebenfalls Schritt 206.
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Ist
dies der Fall, so folgt die Abfrage 205. Diese überprüft, ob die
einzuspritzende Kraftstoffmenge QK die die Steuerung 170 vorgibt,
gleich 0 ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt Schritt 206.
Ist die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK gleich 0, so beginnt in
Schritt 208 die eigentliche Fehlerüberprüfung.
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Die
obigen Abfragen können
alle abgearbeitet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß einzelne
Abfragen weggelassen werden. So können beispielsweise bei Fahrzeugen
ohne externer Mengeneingriff oder ohne Fahrgeschwindigkeitsregler
die entsprechenden Abfragen entfallen.
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In
Schritt 208 wird ein Zähler
t auf 0 gesetzt. Anschließend
in Schritt 210 wird der aktuelle Ladedruck P und das Ansteuersignal
AP zur Beaufschlagung des Stellers 197 erfaßt.
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Im
Schritt 220 wird vorzugsweise aus einem Kennfeld ein erwarteter
Wert S für
den Ladedruck als Funktion F des Ansteuersignals AP und/oder der Drehzahl
der Brennkraftmaschine bzw. Anderer Betriebskenngrößen ausgelesen.
Die sich anschließende
Abfrage 230 überprüft, ob der
Betrag der Differenz zwischen dem gemessenen Ladedruck und dem Wert
S kleiner als Δ ist.
Ist dies der Fall, so folgt erneut Schritt 210.
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Ist
dies nicht der Fall, das heißt,
der Ladedruck weicht von dem erwarteten Wert für den Ladedruck ab, so wird
in Schritt 240 der Zeitzähler t um 1 erhöht. Die
Abfrage 250 überprüft, ob der
Zeitzähler
t größer oder
gleich einem Schwellwert tS ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt
erneut Schritt 210. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 260 auf
Fehler erkannt und es werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet.
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Erfindungsgemäß wird,
wenn ein geeigneter Betriebszustand, wie beispielsweise der Schubbetrieb,
gegeben ist, der mittels der Abfragen 201 und 205 erkannt
wird, der gemessene Ladedruck mit einem erwarteten Wert S verglichen.
Stimmt dieser Wert nicht mit dem erwarteten Wert überein,
das heißt,
wird ein erhöhter
Ladedruck gemessen, so wird trotz Schubbedingung Kraftstoff eingespritzt. Hieraus
wird geschlossen, daß das
mengenbestimmende Magnetventil fehlerhaft arbeitet. Sind die obigen
Bedingungen erfüllt,
so werden nach Ablauf der Prellzeit ts entsprechende Fehlermaßnahmen
eingeleitet, die eine Verringerung der abgegebenen Leistung der
Brennkraftmaschine bewirken.
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Als
Maßnahmen
können
einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein, daß eine in der Ansaugleitung
angeordnete Drosselklappe, die die angesaugte Luft androsselt, so
angesteuert wird, daß die Drehzahl
auf einen höchstzulässigen Wert
absinkt. Als weitere Maßnahme
kann vorgesehen sein, daß die
Sollmenge für
die Kraftstoffmengenregelung auf Null gesetzt werden. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein Abschaltventil vorgesehen ist, das
im Kraftstoffzulauf vor der Pumpe oder in der Pumpe angeordnet ist.
Dieses wird dann derart angesteuert, daß die Drehzahl auf einen Sicherheitswert
absinkt oder die Brennkraftmaschine abgestellt wird. Ferner kann der
Spritzversteller nach spät
verstellt werden. Desweiteren wird ein Fehlerspeicher entsprechend
gesetzt.
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Alternativ
und/oder ergänzend
kann auch vorgesehen sein, daß überprüft wird,
ob der Ladedruck P innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes TW um
mehr als ein Toleranzwert SA ansteigt. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
ist als Flußdiagramm
in 3 dargestellt. Eine erste Abfrage 300 überprüft, ob ein
entsprechender Zustand, in dem die Fehlererkennung durchführbar ist,
vorliegt. Diese Überprüfung erfolgt
wie in 2 beschrieben, durch die Abarbeitung der Abfragen 201 bis 205.
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Liegt
ein entsprechender Betriebszustand vor, so folgt Schritt 308.
In Schritt 308 wird ein Zeitzähler t auf 0 gesetzt. Im anschließenden Schritt 310 erfaßt der Sensor 196 den
Ladedruck P(K). Anschließend
wird der Zeitzähler
t im Schritt 320 um 1 erhöht. Die sich anschließende Abfrage 330 überprüft, ob eine
Wartezeit TW abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt
erneut Schritt 320.
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Nach
Ablauf der Wartezeit tW wird in Schritt 340 ein neuer Wert
P(K + 1) des Ladedrucks erfaßt. Im
Schritt 350 wird die Differenz PA zwischen dem alten Wert
P(K) und dem neuen Wert P(K + 1) gebildet. Diese Differenz PA ist
ein Maß für die Druckänderung,
insbesondere für
einen Druckanstieg, während der
Wartezeit TW.
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Die
sich anschließende
Abfrage 360 überprüft, ob die
Differenz PA größer als
ein Schwellwert SA ist. Der Schwellwert SA wurde zuvor in Schritt 355 ausgehend
von verschiedenen Größen, wie
beispielsweise dem Ansteuersignal AP und der Motordrehzahl N bestimmt.
Der Wert SA wird vorzugsweise aus einem Kennfeld ausgelesen. Ist
dies nicht der Fall, wird in Schritt 370 der alte Wert
P(K) mit dem neuen Wert P (K + 1) überschrieben. Anschließend folgt
Schritt 310. Erkennt die Abfrage 360, daß der Anstieg
des Ladedrucks größer als
ein zulässiger Wert
SA war, so erkennt der Schritt 380 auf Fehler und leitet
die entsprechenden Maßnahmen,
wie in 2 beschrieben, ein.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die beiden Maßnahmen miteinander kombiniert
werden, das heißt,
daß beide
Bedingungen überprüft werden. Eine
weitere vorteilhafte Lösung
besteht darin, daß eine
und/oder beide Bedingungen als zusätzliche Fehlererkennung mit
anderen bekannten Verfahren zur Fehlererkennung kombiniert werden.