DE102007007815B4

DE102007007815B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007007815B4
Application number: DE102007007815A
Authority: DE
Inventors: Heiko Fach; Carlos Eduardo Dr. Migueis; Till Dr. Scheffler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-02-17
Also published as: US7793640B2; DE102007007815A1; US20080201061A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4) und diesen zugeordneten Einspritzventilen (18) zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4), bei dem
– das jeweilige Einspritzventil (18) mindestens einmal mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert (CTRL KM) einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge, korrigiert mittels eines Korrekturwertes (COR), angesteuert wird und der Korrekturwert (COR) abhängig von einer Abweichung (DELTA) eines erwarteten Reaktionswertes (REAK_SP) einer Reaktionsgröße zu einem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils (18) angepasst wird und zwar im Sinne eines Verringerns der Abweichung (DELTA) zwischen dem erwarteten Reaktionswert (REAK_SP) der Reaktionsgröße und dem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße,
– bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_NEG) und bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_POS) durch den Korrekturwert (COR) auf einen Fehler (ERR) einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente erkannt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und diesen zugeordneten Einspritzventilen zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass Schadstoffemissionen verringert werden, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den jeweiligen Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln. Zu diesem Zweck werden Katalysatoren eingesetzt, die Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in unschädliche Stoffe umwandeln. Sowohl das gezielte Beeinflussen des Erzeugens der Schadstoffemissionen während der Verbrennung als auch das Umwandeln der Schadstoffkomponenten mit einem hohen Wirkungsgrad durch einen Katalysator setzen ein sehr präzises eingestelltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem jeweiligen Zylinder voraus.
Im Hinblick auf einen während des Betriebs des Fahrzeugs tatsächlich geeignet geringen Schadstoffausstoß nehmen Anforderungen bezüglich einer Diagnose verschiedener Komponenten, die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, eine immer wichtigere Rolle ein. So wird beispielsweise in einem Entwurf des California Air Regulation Board (CARB 1968.2 Annex A(e), 6.2.1 (C), vom 9.8.2006) gefordert, dass eine Ungleichheit in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Zylinder oder mehreren Zylindern erkannt werden muss, die von einer zylinderspezifischen Fehlfunktion herrührt, die beispielsweise im Bereich des Kraftstoffeinspritzventils liegen kann.
Aus der DE 10341577 B3 ist es für einen Schiebebetrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, eine regelmäßige Kraftstoffzufuhr zu den Brennräumen der Zylinder abzuschalten und eine Häufigkeit einer vereinzelten Kraftstoffzufuhr zu den Brennräumen abhängig von einer Größe zu ermitteln, die eine minimale Einspritzzeitdauer charakterisiert und abhängt von einer die Leckage des Volumenstromsteuerventils charakterisierenden Größe. Dabei wird die Häufigkeit der Kraftstoffzumessung aus einem Quotienten eines durch die Leckage des Volumenstromsteuerventils bedingten Kraftstoffmassenstroms und eines minimal zumessbaren Kraftstoffmassenstroms ermittelt. Wenn die Häufigkeit einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird auf einen Fehler des Volumenstromsteuerventils erkannt.
Aus der DE 10252988 B3 ist es bekannt, eine Haupteinspritzung von Kraftstoff durchzuführen, eine Drehbeschleunigung der Kurbelwelle zu ermitteln, die durch die Haupteinspritzung verursacht ist, und eine Haupteinspritzmenge zu bestimmen aus der ermittelten Drehbeschleunigung der Kurbelwelle. Ferner wird eine Nacheinspritzung von Kraftstoff nach der Haupteinspritzung durchgeführt, mindestens ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine mit dem nacheingespritzten Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine rückgeführt, eine zusätzliche Drehbeschleunigung der Kurbelwelle wird ermittelt, die durch die Nacheinspritzung und die Abgasrückführung verursacht ist, und die Nacheinspritzmenge aus der zusätzlichen Drehbeschleunigung der Kurbelwelle wird bestimmt.
Aus der DE 10254477 B3 ist es bekannt, eine Testeinspritzung von Kraftstoff während eines Expansionstaktes oder während eines Auslasstaktes der Brennkraftmaschine durchzuführen. Es wird ein nach einem Abgaskatalysator entnommenes Abgas rückgeführt mit dem nicht durch den Abgaskatalysator konvertierten Kraftstoff der Testeinspritzung und zwar in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Anschließend wird eine Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine ermittelt, die aus der Abgasrückführung des nicht konvertierten Kraftstoffs resultiert. Aus der Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine wird die in dem Abgaskatalysator nicht konvertierte Kraftstoffmenge bestimmt. Die Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators wird aus der nicht konvertierten Kraftstoffmenge bestimmt.
Aus der DE 10257686 A1 ist ein Verfahren zum Anpassen einer ein Referenzeinspritzverhalten wiedergebenden Einspritzventilcharakteristik eines angesteuerten Kraftstoff-Einspritzventils einer Brennkraftmaschine an alterungsbedingte Änderungen eines Ist-Einspritzverhaltens bekannt. Während eines keine Kraftstoff-Einspritzung erfordernden Betriebszustands der Brennkraftmaschine wird das Einspritzventil intermittierend gemäß einer Ansteuerdauer angesteuert, während ansonsten keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, sodass mindestens ein Arbeitsspiel mit Ansteuerung einem Arbeitsspiel ohne Ansteuerung des Einspritzventils folgt oder vorangeht, wobei jeweils ein Drehzahl-Wert der Brennkraftmaschine für das Arbeitsspiel mit Ansteuerung und für mindestens eines der Arbeitsspiele ohne Ansteuerung detektiert wird, eine Differenz der detektierten Werte gebildet und damit eine Korrektur der Einspritzcharakteristik vorgenommen wird.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die ein einfaches und zuverlässiges Erkennen eines Fehlers einer Komponente ermöglichen, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil zugeordneten Zylinders beeinflusst.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und diesen zugeordneten Einspritzventilen zum Zumessen von Kraftstoff in einem Brennraum des jeweiligen Zylinders. Das jeweilige Einspritzventil wird mindestens einmal mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge korrigiert mittels eines Korrekturwertes angesteuert. Der Korrekturwert für den Steuerwert der Steuergröße wird abhängig von einer Abweichung eines erwarteten Reaktionswertes einer Reaktionsgröße zu einem tatsächlichen Reaktionswert der Reaktionsgröße in Folge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils angepasst. Das Anpassen des Korrekturwertes erfolgt im Sinne eines Verringerns der Abweichung zwischen den erwarteten Reaktionswert der Reaktionsgröße zu dem tatsächlichen Reaktionswert der Reaktionsgröße.
Bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Korrektur-Schwellenwertes und auch bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Korrektur-Schwellenwertes durch den Korrekturwert wird auf einen Fehler einer Komponente erkannt, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil zugeordneten Zylinders beeinflusst. Auf diese Weise ist ein Erkennen eines Fehlers der Komponente, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil zugeordneten Zylinders beeinflusst, so besonders einfach und zuverlässig möglich und zwar insbesondere unter einer Doppelnutzung der gegebenenfalls ohnehin vorhandenen Funktionalität zum Ermitteln des Korrekturwertes für den vorgegebenen Steuerwert der Steuergröße im Rahmen eines präzisen Zumessens der vorgegebenen Kleinstmenge. Der Korrekturwert kann so vorteilhaft auch eingesetzt werden zum präzisen Zumessen der vorgegebenen Kleinstmenge während einer Aufheizphase eines Katalysators zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine, bei dem das jeweilige Einspritzventil mindestens einmal mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert der Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge angesteuert wird und eine Abweichung eines erwarteten Reaktionswertes einer Reaktionsgröße, die eine Druckänderung des Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffzuführeinrichtung des Einspritzventils repräsentiert, von einem tatsächlichen Reaktionswert der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils ermittelt wird.
Bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Reaktions-Schwellenwertes und auch bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Reaktions-Schwellenwertes durch die Abweichung wird auf einen Fehler einer Komponente erkannt, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil zugeordneten Zylinders beeinflusst. So ist ein Erkennen eines Fehlers eines der Komponenten, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussen, mit einem relativ geringen Rechenaufwand möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert die Reaktionsgröße ein Drehmoment oder eine Drehmomentänderung. Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass hervorgerufen durch den vorgegebenen Steuerwert der Steuergröße im fehlerfreien Fall der jeweiligen Komponente durch die Verbrennung des so in dem jeweiligen Zylinder erzeugten Luft/Kraftstoff-Gemisches eine vorhersagbares Drehmoment oder auch eine vorhersagbare Drehmomentänderung hervorgerufen werden sollte. Darüber hinaus kann das so ermittelte Drehmoment oder die Drehmomentänderung auch für andere Zwecke im Rahmen einer Steuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden und somit mehrfach genutzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert die Reaktionsgröße eine Druckänderung eines Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffzuführeinrichtung des Einspritzventils. Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass das Zumessen der vorgegebenen Kleinstmenge bei korrektem tatsächlichem Zumessen dieser Kleinstmenge eine leicht zu bestimmende Änderung des Drucks des Kraftstoffs in der Kraftstoffzuführeinrichtung zur Folge hat. Diese kann beispielsweise mittels eines ohnehin regelmäßig vorhandenen Drucksensors zum Erfassen des Kraftstoffdrucks erfasst werden und so ohne Zusatzaufwand für Sensorik ermittelt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils mit dem Steuerwert zum Zumessen der vorgegebenen Kleinstmenge – gegebenenfalls korrigiert mittels des Korrekturwertes – im Hinblick auf das Erkennen des Fehlers des jeweiligen Einspritzventils erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb betrieben wird.
In dem Schubbetrieb erfolgt regelmäßig ein Unterbinden der Kraftstoffzumessung zu den jeweiligen Zylindern und es ist daher möglich insbesondere zum Zwecke des Erkennens von Fehlern der Einspritzventile nur in einen oder nur in einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzumessen. Kraftstoffdruckänderungen können dann besonders präzise zu der jeweiligen durch das jeweilige Einspritzventil zugemessenen Kraftstoffmenge korreliert werden.
Dies macht ein Erkennen eines Fehlers in einem einzelnen Einspritzventil somit auch zuverlässig möglich, wenn ein zylinderindividuelles Zuordnen des jeweiligen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses konstruktionsbedingt erschwert ist, was beispielsweise im Zusammenhang mit dem Einsatz eines Turboladers der Fall sein kann, dessen Turbine häufig stromaufwärts einer Abgassonde in dem Abgastrakt angeordnet ist und zu einer Verwirbelung von Abgaspaketen beiträgt, die unterschiedlichen Zylindern zugeordnet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert die Reaktionsgröße ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches in dem jeweiligen Zylinder und zwar vor der Verbrennung des Gemisches. Auf diese Weise ist der Fehler der jeweiligen Komponente unter Ausnutzung regelmäßig vorhandener Sensorik bestimmbar. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn durch geeignete Signalverarbeitung eine zylinderindividuelle Zuordnung der das jeweilige Luft/Kraftstoff-Verhältnis repräsentierenden Größe möglich ist. In diesem Zusammenhang ist insbesondere eine Analyse der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder repräsentierenden Größe in einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung repräsentiert die Reaktionsgröße einen Laufunruhewert, der repräsentativ ist für eine Laufunruhe einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise kann auch besonders einfach ein Erkennen des Fehlers der jeweiligen Komponente erfolgen. Ferner kann so auch insbesondere bei konstruktionsbedingt schwieriger Zuordnung des das jeweilige Luft/Kraftstoff-Verhältnis repräsentierenden Messsignals der Abgassonde dem Abgastrakt zu den jeweiligen individuellen Gemischverteilungen in den Zylindern dennoch ein zuverlässiges Erkennen des Fehlers möglich sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ermitteln der Abweichung des erwarteten Reaktionswertes zu dem tatsächlichen Reaktionswert in dem Betriebszustand des Schubs stattfindet, wobei dann bevorzugt jeweils nur ein einzelner Zylinder oder nur einzelne Zylinder im Sinne eines Zumessens von Kraftstoff während des jeweiligen Arbeitsspiels betrieben werden und so der Verlauf der Laufunruhe besonders charakteristisch für den jeweiligen Zylinder oder die jeweiligen einzelnen Zylinder sind und damit mit hoher Präzision der Fehler der jeweiligen Komponente erkannt werden kann. Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn der der Laufunruhewert zylinderindividuell ermittelt wird.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Steuergröße einer Einspritzzeitdauer repräsentiert.
Vorteilhaft ist es, wenn das Ansteuern des Einspritzventils mit dem vorgegebenen Steuerwert beziehungsweise dem vorgegebenen Steuerwert korrigiert mittels des Korrekturwertes und das Ermitteln der Abweichung in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt. In dem Schubbetrieb hat die Abweichung eine besonders starke Korrelation zu dem tatsächlichen Einspritzverhalten des jeweils angesteuerten Einspritzventils ohne dass weitere Einflussgrößen einen maßgeblichen Einfluss auf die Abweichung haben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Ansteuern des Einspritzventils mit dem vorgegebenen Steuerwert beziehungsweise dem vorgegebenen Steuerwert korrigiert mittels des Korrekturwertes und das Ermitteln der Abweichung in einem Leerlaufbetrieb.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung,
2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms und
3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst vorzugsweise eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13.
Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
In dem Abgastrakt ist ein Katalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist. Ferner ist in dem Abgastrakt ein weiterer Katalysator 23 bevorzugt angeordnet, der als NOx-Katalysator ausgebildet ist.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird.
Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen der eine Betriebstemperatur, insbesondere eine Kühlmitteltemperatur oder eine Kraftstofftemperatur erfasst. Darüber hinaus ist ein Drucksensor 39 vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck, insbesondere in einem Hochdruckspeicher einer Kraftstoffzuführung, erfasst. Ferner kann auch ein Drehmomentsensor 41 vorgesehen sein, der ein Drehmoment erfasst, das von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, insbesondere abtriebsseitig abgegeben wird.
Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts oder in dem Katalysator 42 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der ersten Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs, im folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1–Z4.
Die Abgassonde 42 ist bevorzugt eine lineare Lambdasonde, sie kann jedoch grundsätzlich auch eine binäre Lambdasonde sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18 oder die Zündkerze 19.
Neben dem Zylinder Z1 sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und ggf. Sensoren zugeordnet sind. Somit kann die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern aufweisen.
Grundsätzlich kann die Brennkraftmaschine auch über mehrere Zylinderbänke, so z. B. zwei Zylinderbänke, verfügen, denen jeweils eine eigene erste Abgassonde 42 zugeordnet ist. In diesem Fall gelten dann bevorzugt die folgenden Ausführungen jeweils bezogen auf die jeweilige Zylinderbank.
Die Steuervorrichtung umfasst bevorzugt einen Speicher zum Speichern von Programmen und/oder Daten. Ferner ist eine Recheneinheit vorgesehen, die beispielsweise einen Mikroprozessor umfasst, in der das oder die Programme während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet werden.
Ein erstes Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine ist im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können. Der Start kann beispielsweise zeitnah zu einem Start der Brennkraftmaschine erfolgen. Er kann jedoch auch beispielsweise erfolgen, während eines vorgegebenen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, wie einem Leerlauf oder einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine.
In einem Schritt S2 wird ein Steuerwert CTRL KM einer Steuergröße zum Zumessen einer vorgegebenen Kleinstmenge ermittelt. Der Steuerwert CTRL KM kann beispielsweise fest vorgegeben sein. Er kann jedoch auch von einer Betriebsgröße, wie beispielsweise dem Kraftstoffdruck oder einer Temperatur abhängig sein. Beispielsweise kann die Steuergröße eine Einspritzzeitdauer sein, der dann zum Zumessen der vorgegebenen Kleinstmenge ein Einspritzdauerwert TI_KM zugeordnet ist. Die Steuergröße kann jedoch auch eine andere dem zuständigen Fachmann zum Ansteuern des Einspritzventils bekannte Größe, wie beispielsweise eine zuzuführende elektrische Energie sein, insbesondere im Zusammenhang mit einem möglichen Vorhandensein eines Festkörperaktuators zum Betätigen des Einspritzventils 18.
Das jeweilige Einspritzventil 18 wird in dem Schritt S2 mit dem vorgegebenen Steuerwert CTRL_KM angesteuert. Bevorzugt wird das Programm gemäß der 2 im Hinblick auf die verschiedenen Zylinder Z1 bis Z4 zugeordneten Einspritzventile 18 jeweils individuell durchgeführt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Programm jeweils zeitlich hintereinander für die einzelnen Zylinder durchgeführt wird und jeweils für den nachfolgenden Zylinder erst durchgeführt wird, wenn entweder das dem jeweiligen Zylinder zugeordnete Einspritzventil 18 als fehlerbehaftet erkannt wurde oder eine weitere Bedingung eingetreten ist, so beispielsweise eine vorgegebene Anzahl an Durchläufen des Programms erfolgt ist und kein Fehler erkannt wurde. Grundsätzlich kann das Programm gemäß der 2 jedoch auch quasi parallel für mehrere Zylinder durchgeführt werden und insbesondere auch für jeweils zwei Zylinder, die unterschiedlichen Abgasbänken zugeordnet sind.
In einem Schritt S4 wird ein tatsächlicher Reaktionswert REAK_AV einer Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils 18 mit dem Steuerwert CTRL KM der Steuergröße ermittelt. Darüber hinaus wird in dem Schritt S4 auch ein erwarteter Reaktionswert REAK_SP der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils 18 mit dem Steuerwert CTRL_KM ermittelt, der beispielsweise fest vorgegeben sein kann aber auch abhängig sein kann von mindestens einer Betriebsgröße.
Die Reaktionsgröße kann beispielsweise ein Drehmoment oder eine Drehmomentänderung repräsentieren, wie dies in einem Schritt S16 dargestellt ist, und zwar im Hinblick auf das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment und zwar insbesondere das abtriebsseitig abgegebene Drehmoment. In diesem Fall korrespondiert dann beispielsweise der tatsächliche Reaktionswert zu einem tatsächlichen Drehmomentwert TQ_AV und der erwartete Reaktionswert REAK_SP zu einem erwarteten Drehmomentwert TQ_SP oder im Falle der Drehmomentänderung entspricht der erwartete Reaktionswert REAK_SP einem erwarteten Drehmomentänderungswert TQ_D_SP und der tatsächliche Reaktionswert REAK_AV einem tatsächlichen Drehmomentänderungswert TQ_D_AV.
Falls die Reaktionsgröße eine Druckänderung eines Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffzuführeinrichtung des Einspritzventils 18 repräsentiert, so ist dem tatsächlichen Reaktionswert ein tatsächlicher Druckänderungswert P_FUEL_D_AV und dem erwarteten Reaktionswert REAK_SP ein erwarteter Druckänderungswert P_FUEL_D_SP zugeordnet.
Falls die Reaktionsgröße ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches in dem jeweiligen Zylinder repräsentiert, und zwar vor der Verbrennung des Gemisches, so ist dem erwarteten Reaktionswert REAK_SP ein erwarteter Lambdawert LAMB_SP und dem tatsächlichen Reaktionswert REAK_AV ein tatsächlicher Lambdawert LAMB_AV zugeordnet. Falls die Reaktionsgröße einen Laufunruhewert repräsentiert, der repräsentativ ist für eine Laufunruhe einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, so ist dem erwarteten Reaktionswert REAK_SP ein erwarteter Laufunruhewert LU_SP zugeordnet und dem tatsächlichen Reaktionswert REAK_AV ein tatsächlicher Laufunruhewert LU_AV zugeordnet.
Insbesondere dann, wenn das Programm in dem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt wird und zwar insbesondere die Schritte S2 und S4, kann der jeweilige tatsächliche Reaktionswert REAK_AV weitgehend frei von Störeinflüssen durch andere Zylinder, aus dem gerade zum Zumessen der Kleinstmenge angesteuerten Einspritzventil und diesem zugeordneten Zylinder ermittelt werden.
Darüber hinaus ermöglicht auch das Durchführen des Programms und zwar insbesondere der Schritte S2 und S4 während des Leerlaufbetriebs insbesondere im Zusammenhang mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in dem jeweiligen Zylinder Z1 bis Z4 repräsentierenden Reaktionsgröße eine besonders präzise Zuordnung zu dem jeweiligen Einspritzventil 18 und somit dem jeweiligen diesen zugeordneten Zylinder Z1 bis Z4.
In einem Schritt S6 wird anschließend eine Abweichung DELTA des erwarteten und des tatsächlichen Reaktionswertes REAK_SP, REAK_AV ermittelt.
In einem Schritt S8 wird geprüft, ob die Abweichung DELTA größer ist als ein vorgegebener positiver Reaktions-Schwellenwert R_THD_POS, der durch Versuche oder Simulationen bevorzugt ermittelt ist und zwar geeignet derart, dass sein Überschreiten charakteristisch ist für das Vorhandensein des Fehlers ERR des jeweiligen Einspritzventils 18.
Ist die Bedingung des Schrittes S8 erfüllt, so wird in einem Schritt S10 auf einen Fehler ERR einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil 18 zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente erkannt. Der Fehler ERR kann beispielsweise in einen Fehlerspeicher eingetragen werden oder auch direkt einem Fahrzeugführer signalisiert werden. Die Komponente kann beispielsweise das Einspritzventil (18), eine dem jeweiligen Zylinder zugeordnete Zündkerze (19), ein dem jeweiligen Zylinder zugeordneter Ventiltrieb oder Abgasrückführkanal oder Ventilsitzring sein.
Im Anschluss an den Schritt S10 wird die Bearbeitung in einem Schritt S12 fortgesetzt, in dem das Programm für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W verharrt, bevor die Bearbeitung in dem Schritt S2 wieder fortgesetzt wird. Die Wartezeitdauer T_W kann beispielsweise so vorgegeben sein, dass die Schritte S2 bis S8 oder ein Schritt S14 jeweils einmal während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S14 geprüft, ob die Abweichung DELTA kleiner ist als ein vorgegebener negativer Reaktions-Schwellenwert R_THD_NEG. Ist die Bedingung des Schrittes S14 erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S10 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S14 hingegen nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S12 fortgesetzt, sie kann jedoch auch beendet werden, wenn beispielsweise das Programm eine vorgegebene Anzahl an Durchläufen seit seinem Start durchlaufen wurde und beispielsweise der Schritt S10 nicht abgearbeitet wurde.
In dem Speicher der Steuervorrichtung 25 kann alternativ oder zusätzlich ein zweites Programm gespeichert sein, das ebenso wie das erste Programm während des Betriebs der Steuervorrichtung abgearbeitet werden kann. Im Folgenden sind insbesondere die Unterschiede zu dem ersten Programm näher erläutert. Das zweite Programm wird in einem Schritt S20 gestartet, in dem gegebenenfalls auch Variablen initialisiert werden können.
In einem Schritt S22 wird der Steuerwert CTRL KM der Steuergröße zum Zumessender vorgegebenen Kleinstmenge ermittelt und ferner auch ein Korrekturwert COR eingelesen, dessen Anpassung weiter unten näher erläutert ist. Das jeweilige Einspritzventil wird dann mit dem Steuerwert CTRL_KM korrigiert mittels des Korrekturwertes COR angesteuert. Der Steuerwert CTRL_KM kann beispielsweise ebenso wie in dem Ablaufdiagramm gemäß der 2 der Einspritzdauerwert TI_KM sein.
Ein Schritt S24 korrespondiert dann zu dem Schritt S4 auch unter Berücksichtigung eines Schrittes S36 korrespondierend zu dem Schritt S16.
In einem Schritt S26 wird dann zusätzlich zu dem Vorgehen gemäß dem Schritt S6 noch der Korrekturwert COR angepasst. Dies erfolgt bevorzugt abhängig von einem bislang gültigen Wert des Korrekturwertes COR und der Abweichung DELTA. Dies kann beispielsweise gefiltert, wie zum Beispiel mittels einer gleitenden Mittelwertbildung erfolgen, bei der jeweils ein vorgegebener Anteil der Abweichung DELTA für den Korrekturwert COR übernommen wird. Es kann jedoch auch auf eine geeignete andere Art und Weise erfolgen, wie dies insbesondere im Rahmen von Adaptionen für den zuständigen Fachmann bekannt ist.
In einem Schritt S28 wird dann geprüft, ob der Korrekturwert COR größer ist als ein vorgegebener positiver Korrektur-Schwellenwert COR_THD_POS. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S30 auf den Fehler ERR der Komponente erkannt, die das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflusst. Der Schritt S30 korrespondiert insoweit zu dem Schritt S10.
Ist die Bedingung des Schrittes S28 hingegen nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S34 geprüft, ob der Korrekturwert COR kleiner ist als ein vorgegebener negativer Korrektur-Schwellenwert COR_THD_NEG. Ist die Bedingung des Schrittes S34 erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S30 fortgesetzt und auf den Fehler ERR des jeweiligen Komponente erkannt. Ist die Bedingung des Schrittes S34 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S32 fortgesetzt, in dem das Programm entsprechend dem Schritt S12 für die vorgegebene Wartezeitdauer T_W verharrt. Das Programm gemäß der 3 kann ebenso wie das gemäß der 2 bei Vorliegen der dort angegebenen Bedingungen ebenso beendet werden.
Die positiven und negativen Korrektur-Schwellenwerte COR_THD_POS, COR_THD_NEG und die positiven und negativen Reaktions-Schwellenwerte R_THD_POS, R_THD_NEG sind bevorzugt alle durch Versuche oder Simulationen geeignet so ermittelt, dass durch das Prüfen der Bedingungen in den jeweiligen Schritten S8, S14, S28 und S34 auf ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers ERR bei der jeweiligen Komponente erkannt werden kann.
Eine Kleinstmenge ist beispielsweise eine Menge an Kraftstoff, die minimal zugemessen werden soll, so zum Beispiel im Rahmen einer Nacheinspritzung zum Aufheizen des Katalysators 21 zeitnah zu dem Start der Brennkraftmaschine. Sie kann beispielsweise in etwa 2 mg betragen, dies ist jedoch abhängig von dem jeweils eingesetzten Einspritzventil 18. Die Kleinstmenge kann auch unterschiedliche Werte annehmen. Insbesondere kann bezogen auf jeweils einen Zylinder auch innerhalb eines Arbeitsspiels mehrfach die Kleinstmenge zugemessen werden und so das Einspritzventil mehrfach mit Steuerwerten CTRL_KM der Steuergröße angesteuert werden.
Durch das Durchführen des Programms gemäß der 2 oder 3 außerhalb des Aufheizens des Katalysators 21 kann einfach der Fehler an der jeweiligen Komponente erkannt werden, die das Abgas in dem jeweiligen Zylinder beeinflusst, und so sich während des Aufheizens des Katalysators 21 sich besonders stark auf die Schadstoffemissionen auswirken kann, da dann der Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat und die Schadstoffe nur mit einem geringen Wirkungsgrad konvertieren kann.

1: Ansaugtrakt
2: Motorblock
3: Zylinderkopf
4: Abgastrakt
5: Drosselklappe
6: Sammler
7: Saugrohr
8: Kurbelwelle
10: Pleuelstange
11: Kolben
12: Gaseinlassventil
13: Gasauslassventil
18: Einspritzventil
19: Zündkerze
21: Katalysator
23: Weiterer Katalysator
25: Steuervorrichtung
26: Pedalstellungsgeber
27: Fahrpedal
28: Luftmassensensor
32: Erster Temperatursensor
34: Saugrohrdrucksensor
36: Kurbelwellenwinkelsensor
38: Zweiter Temperatursensor
39: Drucksensor
42: Abgassonde
N: Drehzahl
Z1–Z4: Zylinder
CTRL_KM: Steuerwert einer Steuergröße Kleinstmenge
COR: Korrekturwert
REAK_SP: Erwarteter Reaktionswert einer Reaktionsgröße
REAK_AV: Tatsächlichen Reaktionswert der Reaktionsgröße
DELTA: Abweichung
COR_THD_NEG: Negativer Korrektur-Schwellenwert
COR_TH_POS: Positiver Korrektur-Schwellenwert
ERR: Fehler des jeweiligen Einspritzventils
R_THD_NEG: Negativer Reaktions-Schwellenwert
R_THD_POS: Positiver Reaktions-Schwellenwert
TI_KM: Einspritzdauerwert
TQ_AV: Tatsächlicher Drehmomentwert
TQ_SP: Erwarteter Drehmomentwert
TQ_D_AV: Tatsächlicher Drehmomentänderungswert
TQ_D_SP: Erwarteter Drehmomentänderungswert
P_FUEL_D_AV: Tatsächlicher Druckänderungswert
P_FUEL_D_SP: Erwarteter Druckänderungswert
LAMB_AV: Tatsächlicher Lambdawert
LAMB_SP: Erwarteter Lambdawert
LU_AV: Tatsächlicher Laufunruhewert
LU_SP: Erwarteter Laufunruhewert
T_W: Wartezeitdauer

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4) und diesen zugeordneten Einspritzventilen (18) zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4), bei dem – das jeweilige Einspritzventil (18) mindestens einmal mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert (CTRL KM) einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge, korrigiert mittels eines Korrekturwertes (COR), angesteuert wird und der Korrekturwert (COR) abhängig von einer Abweichung (DELTA) eines erwarteten Reaktionswertes (REAK_SP) einer Reaktionsgröße zu einem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils (18) angepasst wird und zwar im Sinne eines Verringerns der Abweichung (DELTA) zwischen dem erwarteten Reaktionswert (REAK_SP) der Reaktionsgröße und dem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße, – bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_NEG) und bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_POS) durch den Korrekturwert (COR) auf einen Fehler (ERR) einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Reaktionsgröße ein Drehmoment oder eine Drehmomentänderung repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reaktionsgröße eine Druckänderung des Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffzuführeinrichtung des Einspritzventils (18) repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reaktionsgröße ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches in dem jeweiligen Zylinder repräsentiert und zwar vor der Verbrennung des Gemisches.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Reaktionsgröße einen Laufunruhewert repräsentiert, der repräsentativ ist für eine Laufunruhe einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4) und diesen zugeordneten Einspritzventilen (18) zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4), bei dem – das jeweilige Einspritzventil (18) mindestens einmal mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert (CTRL KM) einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge angesteuert wird und eine Abweichung (DELTA) eines erwarteten Reaktionswertes (REAK_SP) einer Reaktionsgröße, die eine Druckänderung des Kraftstoffsdrucks in einer Kraftstoffzuführeinrichtung des Einspritzventils (18) repräsentiert, zu einem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils (18) ermittelt wird, und – bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Reaktions-Schwellenwertes (R_THD_NEG) und bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Reaktions-Schwellenwertes (R_THD_POS) durch die Abweichung (DELTA) auf einen Fehler (ERR) einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die vorgegebene Steuergröße eine Einspritzzeitdauer repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ansteuern des Einspritzventils mit dem vorgegebenen Steuerwert beziehungsweise dem vorgegebenen Steuerwert korrigiert mittels des Korrekturwertes (COR) und das Ermitteln der Abweichung (DELTA) in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ansteuern des Einspritzventils mit dem vorgegebenen Steuerwert beziehungsweise dem vorgegebenen Steuerwert korrigiert mittels des Korrekturwertes (COR) und das Ermitteln der Abweichung (DELTA) in einem Leerlaufbetrieb erfolgt.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4) und diesen zugeordneten Einspritzventilen (18) zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum – mindestens einmal Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils (18) mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert (CTRL KM) einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge, korrigiert mittels eines Korrekturwertes (COR), – Anpassen des Korrekturwertes (COR) abhängig von einer Abweichung (DELTA) eines erwarteten Reaktionswertes (REAK_SP) einer Reaktionsgröße zu einem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils (18) und zwar im Sinne eines Verringerns der Abweichung (DELTA) zwischen dem erwarteten Reaktionswert (REAK_SP) der Reaktionsgröße und dem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße, – bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_NEG) und bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Korrektur-Schwellenwertes (COR_THD_POS) durch den Korrekturwert (COR) Erkennen auf einen Fehler (ERR) einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (Z1–Z4) und diesen zugeordneten Einspritzventilen (18) zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders (Z1–Z4), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum – mindestens einmal Ansteuern des jeweiligen Einspritzventils (18) mit mindestens einem vorgegebenen Steuerwert (CTRL KM) einer Steuergröße zum Zumessen mindestens einer vorgegebenen Kleinstmenge – Ermitteln einer Abweichung (DELTA) eines erwarteten Reaktionswertes (REAK_SP) einer Reaktionsgröße zu einem tatsächlichen Reaktionswert (REAK_AV) der Reaktionsgröße, die eine Druckänderung des Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffzufuhreinrichtung des Einspritzventils (18) repräsentiert, infolge des Ansteuerns des jeweiligen Einspritzventils (18), und – bei Unterschreiten eines vorgegebenen negativen Reaktions-Schwellenwertes (R_THD_NEG) und bei Überschreiten eines vorgegebenen positiven Reaktions-Schwellenwertes (R_THD_POS) durch die Abweichung (DELTA) Erkennen auf einen Fehler (ERR) einer das Abgas des dem jeweiligen Einspritzventil (18) zugeordneten Zylinders beeinflussenden Komponente.