具体实施方式

如开头所述，本文涉及在燃料系统使用运行期间有效且可靠地识别燃料系统中的故障。在这方面，图1示出具有低压区域和高压区域的示例性燃料系统100。应指出，本文中描述的方面也可应用于仅具有低压区域的燃料系统100，在其中燃料直接从低压区域喷射到内燃机中。

图1所示的系统100包括低压区域中的燃料箱101，燃料110从该燃料箱通过泵103经由过滤器102被泵入高压区域中。高压区域包括燃料泵105，燃料110可通过该燃料泵重复地被泵入燃料储存器108中。高压区域可通过阀104与低压区域分离。此外，止回阀106可禁止燃料110从燃料储存器108向燃料箱101方向回流。

燃料系统100通常包括用于内燃机多个气缸的多个喷射器或喷嘴109。各个喷嘴109构造用于，将燃料110从共同的燃料储存器108喷射到相应气缸中。此外，燃料系统100通常包括压力传感器107，该压力传感器构造用于检测与燃料储存器108中的物理压力相关的传感器数据(在本文中也称为压力数据)。

因此，图1示出具有低压(ND)燃料供应和高压(HD)喷射系统的直接喷射系统100。即使HD喷射系统中相对小的缺陷也会对内燃机的性能、排放特性和/或运行特性产生相对大的影响并因此影响车辆的行驶特性。HD喷射系统的部件在此至少部分地具有与多个功能的相对高的集成度以及具有相对高的部件成本。此外，HD喷射系统通常仅具有相对少的传感器、如仅一个所谓的轨道压力传感器107，其用于测量喷射系统中的高压。用于控制、调节和/或诊断HD喷射系统的HD喷射系统的其它物理量主要是建模或计算出的。

重要的控制系统、如内燃机的拉姆达控制、燃烧控制和/或扭矩控制通常与喷射相互作用。

基于相对少数量的传感器值以及基于与其它控制系统的交互，HD喷射故障的诊断通常相对困难。尤其是，诊断大多要求对HD喷射进行主动干预，这只能在维护期间进行，而不能在燃料系统100使用运行期间进行。由此又不利地影响诊断的准确性，因为诊断通常只能在内燃机的空转运行中进行。此外，维护期间的诊断大多是针对故障信息或针对燃料系统100用户的投诉而进行的，因此不能实现预测性维护。此外，维护期间的专门诊断大多与相对高的成本相关。

图2a示出作为内燃机曲轴角度201的函数的燃料系统100的燃料储存器108中的物理压力202的示例性曲线203。在所示示例中，内燃机具有四个气缸，它们分别在专用角度范围203内被供应燃料110。气缸角度范围203中的竖直实线221表示激活或打开气缸喷嘴109以便将燃料110从燃料储存器108喷射到气缸中的角度201。因此，燃料储存器108中的压力202下降。虚线222表示气缸喷嘴109再次被停用或关闭的角度201，从而此后燃料储存器108中的压力202基本上保持恒定在减小的(第二)水平232。

此外，图2a示出气缸角度区域203中的、处于角度201的另一竖直实线211，在该角度时，燃料泵105被激活以便将新燃料110泵送到燃料储存器108中。因此，燃料储存器108中的物理压力202再次上升到增加的(第一)水平231。虚线212表示燃料泵105再次停用的角度201。

因此，在一个周期中，燃料系统100的N个喷嘴109之一分别和燃料泵105交替运行，使得压力202周期性地降低或升高。应指出，燃料泵105的激活和喷射器喷射之间的其它顺序也是可能的。尤其是，每转的泵输送冲程数可不同于每转的喷射器喷射数。必要时，燃料添加(通过泵105)和燃料排放(通过至少一个喷射器109)可同时进行。

从图2a可以看出，在燃料泵105和各个喷嘴109交替运行的示例中，在无故障的燃料系统100中燃料储存器108中的压力202在相对高的第一水平231和相对低的第二水平232之间波动。在此，燃料泵105的重复运行导致正差值233的定义的压力增加。另一方面，喷嘴109的运行导致负差值233的定义的压力下降。换句话说，在燃料泵105和喷射器109的重复运行中，可以计算在固定负载点内测量压力202的恒定上升或下降。差值(即压力变化)233可用于识别和/或定位燃料系统100的故障。

图2b示出在喷嘴109有缺陷的情况下，燃料储存器108中物理压力202的示例性曲线203，该喷嘴具有过高的燃料流量。从压力曲线203可以看出，N个喷嘴109中的一个喷嘴109的压力下降具有相对高的差值234，该差值超过目标差值233。从过高的压力下降可以推断出发生过高压力下降的角度范围203的喷嘴109的故障。

因此，通过监测燃料储存器108中物理压力202的曲线203可实现被动的、观察性的诊断，该诊断可在使用运行中使用并且对燃料系统100的运行没有影响。尤其是可根据相应的当前运行点或当前曲轴角度201来评估燃料储存器108中的压力升高和/或压力下降。借助参考模型可确定压力202的参考升高和/或参考下降。在此可考虑可预期输送的燃料体积的可压缩性方程。然后可将参考升高或参考下降与分别测量的压力升高或压力下降进行比较，尤其是为了检测实际压力差或实际压力变化234与目标压力差或目标压力变化233之间的偏差。因此可以以可靠的方式检测并且必要时定位燃料系统100的故障。

图3示出用于识别燃料系统100故障的示例性方法300的流程图。方法300可由燃料系统100的评估单元111执行。在特定采样时间点或在特定曲轴角度201，可借助压力传感器107测量压力202(步骤301)，以提供实际压力值311(其中α是当前曲轴角度201)。此外，可基于参考模型提供目标压力值318。由此可计算差值Δp_rail(α)319(步骤309)，即作为

可调整用于确定目标压力值318的参考模型，以减小、尤其是最小化差值319(步骤302)。尤其是可调整参考模型的一个或多个参数，以减小或最小化差值319。参考模型的调整在此可如图3所示迭代地进行。可基于燃料阀104或燃料泵105的一条或多条特性曲线对输送到燃料储存器108中的燃料110体积进行建模。此外，可基于所述一个或多个喷嘴109的一条或多条特性曲线对从燃料储存器108排出的燃料110体积进行建模。因此，可在时间间隔或角度间隔内确定(步骤307)燃料储存器108中的燃料110的体积变化dV。由此产生的压力变化dp可通过可压缩性方程(步骤308)来确定，其中，V_rail是燃料储存器108的体积，并且K是燃料110的压缩模量(可假设为常数)。然后可从压力变化dp和目标压力值或先前时间点或先前角度值的实际压力值确定当前目标或参考压力值318。

可调整参考模型的一个或多个模型参数，尤其是与用于确定燃料阀104和/或燃料泵105或喷嘴109的流量的一条或多条特性曲线相关的一个或多个模型参数，以减小、尤其是最小化压差319。当达到终止标准时(步骤303)，可提供所述一个或多个模型参数的新的或调整的参数值集313。可将新的或调整的参数集PS_final 313与原始或初始参数集PS_ini 317进行比较(步骤304)，以计算参数偏差ΔPS 314，即尤其是作为PS_ini-PS_final＝ΔPS。

然后可检查(步骤305)参数偏差ΔPS 314是否超过特定偏差阈值。如果未超过偏差阈值，则可假定燃料系统100无故障。另一方面，如果超过偏差阈值，则可假定故障。此外，例如可借助模式识别来评估新的或调整的参数集PS_final 313和/或参数偏差ΔPS 314(步骤306)，以获得与故障类型和/或故障部件(如燃料阀104、燃料泵105和/或特定喷嘴109)相关的信息。

因此，可进行参考模型参数的在线优化，以便从初始参数集317开始减小或最小化实际压力值311和目标压力值之间的偏差319。优化的或调节的或调整的参数值313可与初始参数集317进行比较并且用作用于偏差识别的误差矩阵。在超过最大允许偏差时，其中最大允许偏差例如考虑构件公差或取决于构件公差，则可参考预定义的故障类型(例如借助模式识别)进行诊断，以识别燃料系统100的故障。

示例性模型参数是：

-在一个时间间隔或一个角度间隔内流经喷嘴109的燃料110体积ΔV；该体积在此可随时间间隔或角度间隔而变化；和/或

-在一个时间间隔内或在一个角度间隔内(例如每个角度范围203)通过燃料泵105泵送的燃料110体积ΔV；该体积可随时间间隔或角度间隔而变化；和/或

-偏移值Δp，它必须应用于借助参考模型确定的压力曲线，以使借助参考模型确定的压力曲线与测量的实际压力曲线203相一致。每个时间间隔的偏移值Δp在此通常是恒定的。偏移值Δp可指示压力传感器107的故障(尤其是压力传感器107的系统误差)。

图4示出用于监测内燃机燃料系统100的示例性方法400的流程图。方法400可由燃料系统100的评估单元111(尤其是由控制器)执行。燃料系统100包括燃料泵105，其构造用于将燃料110(尤其是液体燃料110、如汽油或柴油)输送到燃料储存器108中(尤其是所谓的“共轨”中)。此外，燃料系统100包括一个或多个喷嘴109，其构造用于将燃料110从(共同的)燃料储存器108输送到内燃机的一个或多个气缸中。通常，燃料系统100包括N＝1、2、3、4、5、6、8、10或12个喷嘴109(用于相应的1、2、3、4、5、6、8、10或12个气缸)。

方法400包括在燃料系统100运行期间在采样时间点确定401与燃料储存器108中的物理压力202相关的压力数据。压力数据可借助压力传感器107检测。在此可在大量彼此相继的采样时间点(或大量不同曲轴角度201)检测压力数据。换句话说，方法400可在大量彼此相继的采样时间点或曲轴角度201重复，以实现对燃料系统100的准连续监测。在此可将整个曲轴角度范围划分为100、500、1000或更多采样点或曲轴角度201。

方法400还可包括基于压力数据来确定在采样时间点燃料储存器108中的实际压力变化。在此可通过将当前采样时间点的压力202与先前采样时间点的压力202进行比较(尤其是通过求差)来确定实际压力变化。

此外，方法400包括确定402在采样时间点的或在先前采样时间点和当前采样时间点之间时间间隔内的参考压力变化318。参考压力变化318在此可借助燃料系统100的参考模型来确定。此外，可在方法400的范围内将实际压力变化与参考压力变化318进行比较。然后可确定实际压力变化和参考压力变化318之间的偏差319。

此外，方法400包括基于压力数据和基于参考压力变化318检测403燃料系统100的缺陷或故障。尤其是可基于在实际压力变化和参考压力变化318之间(或在实际压力311和目标或参考压力之间)的比较或偏差319来检测燃料系统100的缺陷或故障。

通过本文中描述的措施能够在使用运行中对燃料系统100的HD系统和/或ND系统进行可靠的诊断。所描述的诊断模型基于HD或ND系统的部件105、109的控制时间(尤其是用于打开和关闭部件105、109)并且因此与其它控制器没有交叉影响。所描述的措施能够实现基于燃料储存器108中的压力202曲线203来识别和区分燃料系统100单个部件105、109的故障类型。此外，甚至在故障导致内燃机运行受损之前就可预测性识别即将发生的故障。此外，所描述的措施可以以有效的方式实现为软件(无需使用附加的硬件)。

为了预测性识别即将发生的故障，可沿着燃料系统100的运行时间(例如作为车辆内燃机里程数的函数)确定燃料系统100的参考模型的所述一个或多个模型参数的调整的参数值。然后，可基于所述一个或多个模型参数的调整的参数值随时间的发展提取或预测所述一个或多个模型参数的调整的参数值的发展趋势。尤其是可预测所述一个或多个模型参数的调整的参数值是否以及必要时何时会偏离初始参数值超过最小偏差。因此可预测燃料系统100中即将发生的故障(甚至在故障发生之前)。

本发明不限于所示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅旨在说明所提出的方法、装置和系统的原理。