Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsprognose eines Injektors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE 10 2004 006 896 A1 ist ein Common-Railsystem mit Einzelspeichern bekannt, bei dem anhand des gemessenen Einzelspeicherdrucks die Einspritzung beurteilt wird. Hierzu wird eine Soll-Istabweichung des Spritzbeginns bestimmt und mit einem Toleranzband verglichen. Für das Spritzende gilt dies mutatis mutandis. Liegen sowohl die Spritzbeginn-Abweichung als auch die Spritzende-Abweichung innerhalb des Toleranzbandes, ist der Injektor fehlerfrei. Liegt die Spritzbeginn-Abweichung oder die Spritzende-Abweichung außerhalb des Toleranzbandes, so wird der Injektor als fehlerbehaftet bewertet und nachfolgend entweder die Steuerparameter des Injektors angepasst oder dieser deaktiviert. Die Fundstelle beschreibt ein rein reaktives System, bei dem ein Austausch des Injektors in einem starren Zeitintervall oder erst nach festgestelltem Fehlverhalten initiiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zustandsbestimmung eines Injektors mit frühzeitigem Hinweis auf dessen Fehlverhalten zu entwickeln.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 . Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht nun vor, dass aus einer Mehrzahl von Abweichungen des Arbeitspunkts, zum Beispiel der Bestromungsdauer des Injektors, eine abstrahierende Funktion sowie deren Kenngrößen bestimmt und die zeitliche Entwicklung der Kenngrößen der abstrahierenden Funktion beobachtet werden. Anhand der zeitlichen Entwicklung der Kenngrößen wird dann eine Zustandsprognose des Injektors getroffen und eine Wartungsempfehlung abgegeben. Als abstrahierende Funktion kommen eine Normalverteilung oder eine e-Funktion in Betracht. Bei einer Normalverteilung entsprechen dann die Kenngrößen dem Mittelwert und der

Standardabweichung.

Eine Ergänzung des Verfahrens sieht vor, dass anhand der Lage des Ist-Arbeitspunkts in einem Injektor-Kennfeld ein Bereich des Injektor-Kennfelds ausgewählt wird und für jeden Bereich zum Beispiel eine Normalverteilung als abstrahierende Funktion ausgewählt wird. Anhand der zeitlichen Entwicklungen der bereichsindividuellen Kenngrößen der abstrahierenden Funktionen wird eine Hüllkurve aus den bereichsindividuellen

Normalverteilungen berechnet, wobei über den Flächenanteil im unzulässigen

Wertebereich eine Wartungshandlung definiert wird.

Die Erfindung bietet die bekannten Vorteile einer zustandsbasierten Wartung, das heißt, der Injektor wird eben nicht mehr starr in vorgegebenen Wartungsintervallen getauscht, sondern in Abhängigkeit vom jeweiligen Verschleiß. Die Prognose wiederum bietet den Vorteil einer frühzeitigen Ersatzteilbeschaffung einschließlich einer frühzeitigen

Beauftragung des Servicepersonals. In der Summe ergibt sich daher ein höherer

Verfügungsgrad der Brennkraftmaschine, verbunden mit einem entsprechenden

Kostenvorteil für den Betreiber. Zudem kann das Verfahren nachträglich im

elektronischen Steuergerät ohne Änderung der Sensorik als Programm-Ergänzung appliziert werden.

In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemschaubild,

Fig. 2A,B einen Verlauf des Einzelspeicherdrucks,

Fig. 3 einen Programm-Ablaufplan,

Fig. 4 ein Injektor-Kennfeld,

Fig. 5 einen Ausschnitt des Injektor-Kennfelds und

Fig. 6 mehrere Zustandsdiagramme.

Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten

Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem nebst Einzelspeichern. Das Common-Ftailsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden

Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 . Bei der dargestellten Au sfüh rungsform ist der Einzelspeicher 8 im Injektor 7 als zusätzliches Puffervolumen integriert. Der vom Injektor 7 einzuspritzende Kraftstoff wird aus dem Einzelspeicher 8 entnommen. Die Zulaufleitung vom Rail 6 zum Einzelspeicher 8 ist in der Art ausgelegt, dass in der Einspritzpause gerade so viel Kraftstoff aus dem

Rail 6 in den Einzelspeicher 8 gefördert wird, dass der Einzelspeicher 8 zu Beginn der neuen Einspritzung wieder gefüllt ist. Die Zulaufleitung besitzt daher einen

definierten hydraulischen Widerstand.

Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät 10 bestimmt. Das elektronische Steuergerät 10 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien oder als Motormodelle appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 10 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur 1 sind exemplarisch folgende

Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 9 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, der Einzelspeicherdruck pE und eine

Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die Leistungsvorgabe durch den Betreiber und die weiteren Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise der

Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. In der Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 10 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung des Injektors 7 (Spritzbeginn/ Spritzende) und eine

Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 ,

beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.

Die Figur 2 besteht aus den beiden Teilfiguren 2A und 2B, welche den

Einzelspeicherdruck pE über der Zeit t zeigen. In der Figur 2A ist ein Soll-Einspritzverlauf als strichpunktierte Linie dargestellt, während die durchgezogene Linie einen Ist- Einspritzverlauf kennzeichnet. Die Kurvenzüge gelten auch in analoger Weise für einen Verlauf über einem Kurbelwellenwinkel. Aus der Leistungsvorgabe des Betreibers wird in bekannter Weise eine Soll-Kraftstoffvolumen und der Einspritzzeitpunkt/Spritzbeginn berechnet. Das Soll-Kraftstoffvolumen und der Raildruck definieren dann eine Spritzdauer und letztendlich eine Bestromungsdauer, mit welcher der Injektor angesteuert wird. Wie in der Figur 2A dargestellt, initiiert das elektronische Steuergerät zu einem ersten Zeitpunkt t1 eine Einspritzung und deaktiviert dann zu einem Zeitpunkt t2 die Einspritzung. Der Zeitraum t1/t2 entspricht einer Bestromungsdauer BD. Zu diesem Einspritzereignis korrespondiert der Verlauf des Einzelspeicherdruck pE mit einem Soll-Spritzbeginn SB(SL) und einem Soll-Spritzende SE(SL). Aufgrund von Signallaufzeiten, Toleranzen oder Alterungseffekten weicht der tatsächliche Verlauf der Einspritzung jedoch von der Vorgabe ab. Den tatsächlichen Verlauf der Einspritzung bestimmt das elektronische Steuergerät aus dem gemessenen Einzelspeicherdruck pE. In der Figur 2A ist dies als Ist-Spritzbeginn SB(IST) und als Ist-Spritzende SE(IST) dargestellt. Vom elektronischen Steuergerät wird nun der Ist-Verlauf dem Soll-Verlauf angepasst, indem die

Bestromungsdauer BD verändert wird. Der angepasste Verlauf ist in der Figur 2B entsprechend dargestellt. Das Verfahren lässt sich in analoger Vorgehensweise auch über eine Anpassung des Spritzbeginns realisieren.

In der Figur 3 ist das Verfahren in einem Programm-Ablaufplan dargestellt. Bei S1 wird der Einzelspeicherdruck pE innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters oder

Kurbelwellen-Winkelbereichs eingelesen. Aus dem Einzelspeicherdruck werden die Spritzdauer und hieraus die Bestromungsdauer BD bestimmt. Aus den Steuergrößen der Einspritzung wird bei S2 der Ist-Arbeitspunkt der Einspritzung abgleitet und einem

Betriebsbereich eines Injektor-Kennfelds zugeordnet. Unter Steuergrößen der

Einspritzung sind die Bestromungsdauer BD, der Raildruck pCR und das

Kraftstoffvolumen VKr zu verstehen. Ein Injektor-Kennfeld 1 1 ist für einen idealen Injektor in der Figur 4 dargestellt. Bei diesem Kennfeld sind auf der Abszisse die

Bestromungsdauer BD in Millisekunden und auf der Ordinate das einzuspritzende Kraftstoffvolumen VKr in Kubikmillimeter dargestellt. Das Injektor-Kennfeld 1 1 zeigt sechs Betriebsbereiche Bi mit den Bezugszeichen B1 bis B6, wobei die Betriebsbereiche B1 bis B3 den ballistischen Betrieb des Injektors kennzeichnen. Die parallelen Linien innerhalb des Injektor-Kennfelds 1 1 korrespondieren zum Raildruck pCR. Im Schritt S2 wird eine Abweichung dBD der Bestromungsdauer berechnet und einem Bereich Bi der Injektor- Kennfelds 1 1 zugeordnet. Beispielsweise als Punkt B im Bereich B6. Die weitere Beschreibung erfolgt nunmehr anhand der Figur 5. Die Figur 5 zeigt einen Ausschnitt des Injektor-Kennfelds 1 1 der Figur 4, genauer gesagt, den Bereich B6. Dargestellt ist eine Geradenschar, welche den maximalen Verstellbereich der Bestromungsdauer BD definiert. Begrenzt wird die Geradenschar durch eine Gerade mit dem Referenzwert RV=- 100% und einer Gerade mit dem Referenzwert RV=+100%. Die strichpunktierte Gerade mit dem Referenzwert RV=0% entspricht der idealen Injektor-Kennlinie. Im Idealfall liegt der Punkt B auf der Gerade mit dem Referenzwert RV=0%. Aufgrund von

Alterungseffekten kann der Punkt B jedoch zum Beispiel auf der Gerade mit dem

Referenzwert RV=-75% liegen. In der Figur 5 entspricht dies dem Punkt C. Für den Punkt C gilt, dass die Bestromungsdauer BD gegenüber dem Idealwert, Punkt B, um 75% der maximal zulässigen Korrektur von -100% verkürzt wurde, um die vorgegebene

Kraftstoffmenge einzuspritzen. Gezählt wird daher ein Einspritzereignis im Bereich B6 mit minus fünfundsiebzig Prozent als diskreter Wert. Für den Punkt D gilt dies in analoger Vorgehensweise, das heißt, es wird ein Einspritzereignis im Bereich B6 mit plus fünfundzwanzig Prozent gezählt. Der Punkt E liegt außerhalb des Verstellbereichs.

In der Figur 3 wird im Anschluss an S3 bei S4 das Einspritzereignis zur Datenreduktion in eine Klasse gezählt. Der Arbeitspunkt C wird daher in die Klasse minus fünfundsiebzig Prozent als ein diskreter Wert gezählt. Aus den Zählwerten des Bereichs wird

anschließend bei S5 eine bereichsindividuelle abstrahierende Funktion ermittelt. Die weitere Erläuterung erfolgt anhand einer Gauß-Normalverteilung als abstrahierende Funktion. Der Schritt S5 beschreibt daher den Übergang von diskreten Zahlenwerten zu einer mathematischen Funktion. Die Kenngrößen einer Gauß-Normalverteilung sind der Mittelwert My und die Standardabweichung Sigma. Bei S5 werden dann die Veränderung dieser Kenngrößen während eines vorgebbaren Zeitraums t beobachtet. Aus der

Veränderung dieser Kenngrößen innerhalb dieses Zeitraums t lässt sich ein zukünftiger Zielwert innerhalb eines Zeitraums tx prognostizierten, S6. Die Zustandsprognose wird folglich über eine Extrapolation bestimmt. Für den zukünftigen Mittelwert gilt daher My(t+tx) bzw. für die Standardabweichung gilt Sigma(t+tx). Ein typischer Wert für tx sind 3000 Betriebsstunden. Danach werden bei S7 eine statistische Prognose als gewichtete Verrechnung der Informationen aller Bereiche B1 bis B6 berechnet. Hierzu wird die Hüllkurve der bereichsindividuellen Normalverteilungen gebildet, deren Flächeninhalt berechnet und bestimmt wie groß die Fläche außerhalb des zulässigen Bereichs ist. Danach wird bei S8 wird geprüft, ob die Fläche außerhalb des zulässigen Bereichs, Bezugszeichen WERT, größer als eine erster Grenzwert GW1 , zum Beispiel 2%, ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S8: nein, so bleibt als Betriebsmodus der

Normalbetrieb gesetzt, S9, und der Ablaufplan wird bei S14 fortgesetzt. Wurde bei S8 festgestellt, dass die berechnete Fläche WERT größer als der erste Grenzwert GW1 ist, so wird bei S10 dem Bediener eine Wartungsempfehlung angezeigt. Im Anschluss daran wird bei S1 1 geprüft, ob die Fläche WERT größer als ein zweiter Grenzwert GW2 ist, zum Beispiel 5%. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S1 1 : nein, so wird der Programm- Ablauf bei S14 fortgesetzt. Anderenfalls wird bei S12 ein leistungsreduzierter Betrieb der Brennkraftmaschine initiiert und dies dem Betreiber angezeigt. Bei S13 wird eine Wartung veranlasst. Eine Wartungsveranlassung kann automatisiert erfolgen, indem der

Servicetechniker hinsichtlich des Wartungstermins und der Ersatzteilbeschaffung informiert wird. Im Anschluss wird bei S14 geprüft, ob vom Betreiber ein Motorstopp initiiert wurde. Ist dies nicht der Fall, so verzweigt der Programm-Ablaufplan zum Punkt A. Anderenfalls ist der Programm-Ablaufplan beendet.

Die Figur 6 umfasst die Figuren 6A bis 6E, in welcher nochmals das Verfahren dargestellt ist. In den Figuren 6A bis 6D sind jeweils drei Beispiele gezeichnet. Hierbei

korrespondieren die Figuren auf der linken Zeichnungsseite zueinander. Entsprechend korrespondieren die Figuren in der Mitte der Zeichnungsseite zueinander und es korrespondieren die Figuren auf der rechten Zeichnungsseite zueinander. Die Figur 6A zeigt als Säulendiagramm die in Klassen gezählten Einspritzereignisse, so zeigt das Säulendiagramm 12 die Anzahl n1 im ersten Bereichs B1 des Injektor-Kennfelds.

Entsprechend zeigt das Säulendiagramm 13 die Anzahl n2 für den zweiten Bereich B2 und das Säulendiagramm 14 die Anzahl n3 für den dritten Bereich B3. Aus dem

Säulendiagramm 12 (Fig. 6A) lässt sich eine Normalverteilung 15 (Fig. 6B) als

abstrahierende Funktion bestimmen. Als Kenngrößen der Normalverteilung 15 werden der Mittelwert My1 (durchgezogene Linie) und die Standardabweichung Sigmal

(strichpunktierte Linie) definiert und deren Verläufe über der Zeit t bestimmt (Fig. 6C). Anhand des zeitlichen Verlaufs kann dann wiederum für einen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt tx, z.B. tx=3000 Betriebsstunden, deren Entwicklung prognostiziert werden. Der prognostizierte Mittelwert und die prognostiziert Standardabweichung sind die

Kenngrößen für eine prognostizierte Normalverteilung 18, siehe Figur 6D. Die Figur 6D zeigt wie die Normalverteilung 15 des ersten Bereichs B1 sich zukünftig in Richtung der Normalverteilung 18 verändert. In analoger Vorgehensweise werden zum

Säulendiagramm 13 die Normalverteilung 16, die zukünftige Entwicklung der Kenngrößen (Fig. 6C) und die prognostizierte Normalverteilung 19 bestimmt. Für das Säulendiagramm 14 des dritten Bereichs B3, ergibt sich dann die Normalverteilung 17 und die

prognostizierte Normalverteilung 20 (Fig. 6D). Das weitere Verfahren besteht nun darin, dass in einem ersten Schritt aus den prognostizierten Kenngrößen bzw. den

prognostizierten Normalverteilungen aller Bereiche eine Hüllkurve 21 und deren

Flächeninhalt addiert werden. Der Flächeninhalt berechnet sich aus der Summe der prognostizierten Normalverteilungen. In einem zweiten Schritt wird dann geprüft, wie groß der Flächenanteil, bezogen auf den gesamten Flächeninhalt, ist, welcher außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. In der Figur 6E ist dieser Flächenanteil, welcher außerhalb des Bereichs von -100% liegt, mit dem Bezugszeichen WERT gekennzeichnet. Anhand des Flächenanteils WERT erfolgt dann die zuvor beschriebene gestufte

Wartungsempfehlung. In der Figur 3 entspricht dies den Abfragen S8 und S1 1 .

Bezugszeichen

1 Brennkraftmaschine

2 Kraftstofftank

3 Niederdruckpumpe

4 Saugdrossel

5 Hochdruckpumpe

6 Rail

7 Injektor

8 Einzelspeicher

9 Rail-Drucksensor

10 Elektronisches Steuergerät

1 1 Injektor-Kennfeld

12 Balkendiagramm, erster Bereich

13 Balkendiagramm, zweiter Bereich

14 Balkendiagramm, dritter Bereich

15 Normalverteilung, erster Bereich

16 Normalverteilung, zweiter Bereich

17 Normalverteilung, dritter Bereich

18 Prognostizierte Normalverteilung, erster Bereich

19 Prognostizierte Normalverteilung, zweiter Bereich

20 Prognostizierte Normalverteilung, dritter Bereich

21 Hüllkurve