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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines
Steuergeräts eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine,
insbesondere mit einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine.
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Gegenstand
der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt
mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Die
Steuerung von Brennkraftmaschinen erfolgt mittels Steuergeräten,
welche eine Vielzahl von Funktionen der Brennkraftmaschine, insbesondere beispielsweise
den Zeitpunkt, die Dauer der Einspritzung bzw. die in den Brennraum
der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmasse und dergleichen
steuern. Die Steuerung erfolgt dabei drehzahlabhängig,
also drehzahlsynchron, oder zeitabhängig, also zeitsynchron.
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Bei
hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine müssen drehzahlsynchrone
Funktionen wesentlich häufiger durchgeführt werden
als bei niedrigeren Drehzahlen. Wenn bei hohen Drehzahlen zu drehzahlsynchronen
Funktion zeitsynchrone Funktionen hinzukommen, müssen sehr
viele Rechenvorgänge in dem Steuergerät durchgeführt
werden. In diesen Fällen kann es vorkommen, dass das Steuergerät überlastet
wird. Eine solche Überlastung kann beispielsweise durch
eine starke Erwärmung des Steuergeräts hervorgerufen
werden, die durch eine große Zahl von Rechenvorgängen
hervorgerufen wird.
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Ein
Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
eines Steuergeräts geht beispielsweise aus der
DE 197 57 875 A1 hervor.
Bei diesem Verfahren werden eine die Auslastung des Steuergeräts darstellende
Größe und eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine
darstellende Größe ermittelt. Es wird die Anzahl
von in dem Steuergerät durchgeführten Funktionen
vermindert, wenn die die Auslastung darstellende Größe
größer ist als ein Auslastungsschwellenwert und/oder
es wird der zeitliche Abstand durchzuführender Funktionen
erhöht, wenn die die Drehzahl darstellende Größe
größer ist als ein Drehzahlschwellenwert.
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Hierbei
wird die Anzahl von durchzuführenden Funktionen in Klassen
mit unterschiedlichen Prioritäten eingeteilt, wobei abhängig
von unterschiedlichen Auslastungsschwellenwerten, die diesen Prioritäten
zugeordnet sind, Funktionen prioritätsabhängig nicht
durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise im Falle
einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, beispielsweise einer
Dieselbrennkraftmaschine, das Abschalten von Einspritzvorgängen,
beispielsweise Voreinspritzungen sein. Es werden mit anderen Worten
bei einer hohen Auslastung des Steuergeräts und insbesondere
bei einer hohen Auslastung der CPU des Steuergeräts und/oder
bei hohen Drehzahlen Einspritzungen abgeschaltet bzw. für
den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche Prozesse seltener
berechnet. Das Abschalten von Einspritzungen zur Verminderung der
Steuergerätelast ist jedoch deshalb problematisch, weil
hierdurch das Verbrennungsverhalten der Brennkraftmaschine auf negative
Weise beeinflusst wird, so können beispielsweise Abgas-
und Geräuschemissionswerte verschlechtert werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung
eines Steuergeräts eines Fahrzeugs mit direkteinspritzender Brennkraftmaschine
dahingehend weiterzubilden, dass auch bei erhöhter Auslastung
des Steuergeräts ein sowohl im Hinblick auf die Abgasemissionen
als auch im Hinblick auf die Geräuschemissionen optimierter
Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung
eines Steuergeräts eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine,
insbesondere mit einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, vorzugsweise
mit Common-Rail-System, bei dem die Auslastung des Steuergeräts
erfasst wird, mit zuvor bestimmten und vorgegebenen Auslastungszuständen
verglichen wird und bei dem bei Erreichen eines vorgegebenen Auslastungszustands
die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, der
dem erkannten Auslastungszustand zugeordnet ist.
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Vorteile der Erfindung
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Der
große Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Brennkraftmaschine
in Betriebszuständen betrieben wird, die Auslastungszuständen
des Steuergeräts zugeordnet sind. Hierunter ist das Folgende
zu verstehen. Wenn beispielsweise die Auslastung des Steuergeräts
einen vorgegebenen als kritisch eingestuften Auslastungszustand
erreicht hat, werden bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren nicht einfach – wie bei aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren – beispielsweise Voreinspritzungen
abgeschaltet, sondern es wird ein eigens hierfür vorgesehener
und gespeicherter Betriebszustand der Brennkraftmaschine „angefahren”.
Dabei werden beispielsweise nicht nur Einspritzungen abgeschaltet,
sondern auch beispielsweise in ihrer zeitlichen Abfolge verändert,
wobei die Veränderungen und das Abschalten geräusch-
und abgasemissionsoptimiert erfolgen. Die Brennkraftmaschine arbeitet
also in diesen Betriebszuständen auch im kritischen Bereich des
Auslastungszustands des Steuergeräts optimal.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
dieses Verfahrens möglich. So ist beispielsweise vorgesehen,
dass die vorgegebenen Auslastungszustände in wenigstens drei
mit der Last des Steuergeräts korrespondierende Kategorien
unterteilt werden:
- – erhöht – Last:
91%
- – kritisch – Last: 94%
- – sehr kritisch – Last: 97%.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass die Erfindung nicht auf drei vorgegebene
Auslastungszustände und mit diesen korrespondierende Betriebszustände
beschränkt ist, sondern dass rein prinzipiell auch mehr
derartiger Zustände vorgesehen sein können, sodass
eine weitere Abstufung der als kritisch zu bezeichnenden Auslastungszustände
realisierbar ist.
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Ferner
ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Betriebszustände
der Brennkraftmaschine vorgegebenen Engine Operation Points (EOMs)
entsprechen. Diese Engine Operation Points geben jeweils einen definierten
Zustand für die Anzahl der aktiven Einspritzungen, deren
Einspritzwinkel und -menge an und erlauben ferner eine Aussage,
welche Einspritzungen überhaupt aktiv sind.
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Die
Brennkraftmaschine wird daher nicht nur einfach mit einer geringeren
Anzahl aktiver Einspritzungen betrieben, sondern sie wird in Betriebszuständen
betrieben, die trotz einer geringeren Anzahl aktiver Einspritzungen
hinsichtlich der Geräuschentwicklung und der Abgasemissionen
des Motors optimiert sind.
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Dabei
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass in den vorgegebenen
Engine Operation Points Einspritzungen deaktiviert und/oder zeitlich verschoben
vorgenommen werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass
die Brennkraftmaschine in Betriebspunkten betrieben wird, in denen
wenigstens ein Teil der Voreinspritzungen abgeschaltet und/oder
zeitlich verschoben vorgenommen werden.
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Darüber
hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine in
Betriebspunkten betrieben wird, in denen wenigstens ein Teil der
Nacheinspritzungen abgeschaltet und/oder zeitlich verschoben vorgenommen
werden.
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Auch
Kombinationen dieser Ausgestaltungen sind möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
ein Common-Rail-System für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, bei
der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz
kommt;
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2 schematisch
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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3 die
zeitliche Abfolge von Einspritzvorgängen bei unterschiedlichen
Steuergeräte-Lasten zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Ein
in 1 gezeigtes Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine 100 eines
Fahrzeugs weist einen Tank 110 auf, aus dem eine Hochdruckpumpe 120 über
eine Leitung 125 Kraftstoff mit hohem Druck in einen gemeinsamen
Speicher, ein sogenanntes Rail, 130 fördert. Mit
dem Rail 130 sind über Leitungen 131, 132, 133, 134 Einspritzventile 141, 142, 143, 144 verbunden,
die Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume 101, 102, 103, 104 der Brennkraftmaschine 100 einspritzen.
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Das
Rail ist über ein Druckbegrenzungsventil 135 über
eine Rücklaufleitung 137 mit dem Tank 110 verbunden.
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In
gleicher Weise weisen die Einspritzventile 141, 142, 143, 144 Rücklaufleitungen 151, 152, 153, 154 auf,
die in die Leitung 137 münden. Die Einspritzventile 141, 142, 143, 144 sind über
elektrische Steuerleitungen 181, 182, 183, 184 durch
eine Steuereinrichtung, ein sogenanntes Motorsteuergerät 180,
ansteuerbar. In entsprechender Weise ist die Hochdruckpumpe 120 durch
eine elektrische Steuerleitung 186 von dem Motorsteuergerät 180 ansteuerbar.
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Ein
Raildrucksensor 139, der am Rail 130 angeordnet
ist und den Raildruck erfasst, ist über eine Signalleitung 189 mit
dem Steuergerät 180 verbunden. In dem Steuergerät 180 ist
ein Temperatursensor 192 angeordnet, der die Temperatur
in dem Steuergerät kontinuierlich erfasst. Das Ausgangssignal
des Temperatursensors 192 wird einer Schaltungseinheit 194,
die Teil des Steuergeräts 180 ist, zugeführt
und dort ausgewertet oder in einem entsprechend ausgestalteten Computerprogramm,
das in dem Steuergerät 180 implementiert ist,
verarbeitet.
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Bei
derartigen Common-Rail-Systemen kommt es aufgrund der bestehenden
Emissionsanforderungen zu Einspritzverläufen, bei denen
eine größere Anzahl von Einspritzvorgängen
pro Arbeitszyklus abgesetzt werden muss. Durch die elektrische Ansteuerung
der Injektoren 141, 142, 143, 144 entsteht
so pro Einspritzvorgang eine Verlustleistung in den Endstufen im
Steuergerät 180, die mit einer zunehmenden Anzahl
von Einspritzvorgängen zunimmt. Darüber hinaus
steigt mit zunehmender Rechenleistung auch die Temperatur der CPU
des Steuergeräts 180 an. Dies kann zu einer hohen
Steuergeräte-Innenlufttemperatur führen, durch
die wiederum elektrische Bauelemente des Steuergeräts 180 Schaden
nehmen können. Aus diesem Grunde wird in dem Steuergerät 180 die
Temperatur mittels des Sensors 192 überwacht.
Die Temperatur ist ein Maß für die Auslastung
des Steuergeräts 180. Steigt die Auslastung, so
steigt auch die Steuergeräte-Innenlufttemperatur.
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Bis
zu einem vorgegebenen Auslastungszustand, solange also die Auslastung
unterhalb eines vorgegebenen kritischen Zustands liegt, erfolgen
die Einspritzvorgänge in die Brennräume 101, 102, 103, 104 ohne Änderungen.
Nimmt die Auslastung jedoch zu und überschreitet vorgegebene
Auslastungszustände, wo bei hiermit natürlich gemeint
ist, dass vorgegebene, die Auslastungszustände charakterisierende
Größen, beispielsweise die Temperatur, erreicht
oder überschritten werden, so wird die Brennkraftmaschine
in vorgegebenen Betriebszuständen betrieben, die den erkannten
Auslastungszuständen zugeordnet sind. Dies wird nachfolgend
in Verbindung mit 2 und 3 näher
erläutert.
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In 2 ist
schematisch ein Ablaufdiagramm des Verfahrens dargestellt. Zunächst
wird in einem Schritt 210 der Auslastungszustand A des Steuergeräts 180 des
Fahrzeugs oder der Brennkraftmaschine erfasst. Dieser Auslastungszustand
A wird mit einem ersten vorgegebenen Auslastungszustand A1 verglichen. Dieser Auslastungszustand A1 entspricht einer vorgegebenen höchsten,
sehr kritischen Auslastung des Steuergeräts 180.
Wenn dieser überschritten ist, wird die Brennkraftmaschine 100 in
einem ersten Betriebszustand EOM1, in einem ersten vorgegebenen
Engine Operation Point 1 betrieben. Dieser Engine Operation Point
1 wird zuvor beispielsweise in einem Motorprüfstand bestimmt und
entsprechend gespeichert. Er ist, wie im Übrigen auch die
weiter unten noch zu beschreibenden weiteren Engine Operation Points,
so ausgelegt, dass die Brennkraftmaschine 100 sowohl hinsichtlich
ihres Abgas-Emissionsverhaltens als auch hinsichtlich ihres Geräusch-Emissionsverhaltens
unter den vorgegebenen Bedingungen optimal arbeitet. Wenn dieser Auslastungszustand
A1 jedoch nicht erreicht oder überschritten
wird, wird in Schritt 240 geprüft, ob ein weiterer
Auslastungszustand A2 erreicht oder überschritten
ist. Dieser zweite Auslastungszustand A2 stellt
einen vorgegebenen weniger kritischen Zustand dar. Wenn dieser Zustand
erreicht oder überschritten ist, wird die Brennkraftmaschine 100 in
einem weiteren Betriebszustand oder Betriebspunkt Engine Operation
Point 2, EOM2, betrieben, in dem beispielsweise mehr Einspritzungen
zugelassen sind, als im Engine Operation Point 1. Wenn der zweite
vorgegebene Auslastungszustand A2 jedoch nicht überschritten
wird, wird weiter geprüft, ob ein dritter Auslastungszustand
A3 überschritten oder erreicht
ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Brennkraftmaschine 100 in
einem weiteren Betriebspunkt, Engine Operation Point 3, betrieben,
in dem wiederum mehr oder andere Einspritzungen zugelassen sind oder
in einer anderen zeitlichen Abfolge erfolgen als im Engine Operation
Point 2 oder im Engine Operation Point 1. Diese Schritte können
sich rein prinzipiell für weitere Aus lastungszustände
Ai wiederholen, wobei die Anzahl der kritischen
Zustände vorgegeben werden können. Jedem dieser
Auslastungszustände Ai ist jeweils
ein Engine Operation Point EOMi zugeordnet, in dem eine im Sinne
des Abgas- und Geräuschemissionsverhaltens optimierte Betriebsweise unterhalb
der Normalbetriebsweise, das heißt mit verringerter Anzahl
von Einspritzvorgängen oder zeitlich veränderten
Abfolgen der Einspritzvorgänge betrieben wird.
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Der
Auslastungszustand A1 kann beispielsweise
einer Last von 97% entsprechen, die als sehr kritisch einzustufen
ist. Der Auslastungszustand A2 kann beispielsweise
einer Last von 94% entsprechen, die als kritisch einzustufen ist,
und der Zustand A3 kann einer Last von 91%
entsprechen, der einer erhöhten Auslastung entspricht.
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In 3 ist
schematisch der normale Betriebszustand einer Brennkraftmaschine
(im oberen Bildteil) und dem gegenübergestellt ein kritischer
Zustand der Brennkraftmaschine (im unteren Bildteil) dargestellt.
Dabei sind die Einspritzvorgänge E schematisch über
der Zeit t dargestellt.
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Wie
im oberen Teil der 3 dargestellt ist, sind drei
Voreinspritzung Pil1, Pil2, Pil3 vorgesehen, denen eine Haupteinspritzung
MI und zwei Nacheinspritzungen Pol3, Pol2 folgen. Dies stellt den
normalen Betriebszustand bei normaler Auslastung des Steuergeräts 180,
die beispielsweise kleiner als 90% ist, dar. Sobald ein kritischer
Zustand erreicht ist, beispielsweise eine Auslastung des Steuergeräts 180 von
94%, dies entspricht einem Wert A2 gemäß oben erläutertem
Ablaufdiagramm, wird eine Voreinspritzung Pil3 abgeschaltet und
die beiden anderen Voreinspritzungen Pil1 und Pil2 zeitlich verschoben.
Das heißt, es wird gegenüber dem normalen Engine
Operation Point EOMn, der einer normalen Auslastung der CPU des
Steuergeräts 180 entspricht, ein Engine Operation
Point EOM2, der einer kritischen Auslastung des Steuergeräts 180 entspricht, „angefahren”. In
entsprechender Weise können auch Nacheinspritzungen Poli
abgeschaltet oder verschoben werden (nicht dargestellt).
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Der
Kern der Erfindung ist nun, dass nicht einfach Einspritzungen abgeschaltet
werden, sondern dass Einspritzungen nicht nur abgeschaltet werden,
sondern andere Einspritzvorgänge, beispielsweise in einer
geänderten zeitlichen Abfolge erfolgen. Das Abschalten
und die Verschiebung der Einspritzungen sind dabei so optimiert,
dass die Brennkraftmaschine 100 hinsichtlich ihrer Emissionseigenschaften – sowohl
hinsichtlich der Geräuschemissionseigenschaften als auch
der Abgasemissionseigenschaften – auch in einem Zustand,
in dem das Steuergerät 180 einen hohen Auslastungszustand erreicht
hat, optimiert arbeitet.
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Die
Abschaltung einer Einspritzung erbringt in der Regel eine Reduzierung
der Auslastung des Steuergeräts um ca. 3%, z. B. eine Reduktion
von 92%-Auslastung auf 89%-Auslastung. Bei einem weiteren Absinken
der Last auf beispielsweise 87% könnte über eine
Hysterese wieder in einen normalen Betriebsmode (EOMn) zurückgekehrt
werden, wodurch sich die Auslastung voraussichtlich wieder von 87
auf 90% erhöhen würde. Dies macht deutlich, warum
eine Reduzierung der Einspritzanzahl bei einer hohen Auslastung
des Steuergeräts, insbesondere bei einer hohen CPU-Last, überhaupt
notwendig ist.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm
auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät 180 der
Brennkraftmaschine 100 implementiert sein und dort ablaufen.
Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert sein, den das Steuergerät 180 lesen
kann. Auf diese Weise ist auch eine Nachrüstung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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