DE102007032066B3 - Betriebsverfahren für eine Einspritzanlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten: a) Betrieb der Einspritzanlage in einem Normal-Zustand (Z1) mit diagnose-unkritischen Einspritzparametern und einer uneingeschränkten Diagnose der Einspritzventile zur Erkennung eines Fehlers, wobei die diagnose-unkritischen Einspritzparameter eine aussagekräftige Diagnose der Einspritzventile erlauben, b) Unterscheidung der diagnose-unkritischen Einspritzparameter von diagnose-kritischen Einspritzparametern, wobei die diagnose-kritischen Einspritzparameter keine aussagekräftige Diagnose der Einspritzventile erlauben, c) Übergang von dem Normal-Zustand (Z1) in einen Übergangs-Zustand (Z2), wenn die diagnose-kritischen Einspritzparameter auftreten, d) Abschalten der Diagnose der Einspritzventile in dem Übergangs-Zustand (Z2), und e) Übergang von dem Übergangs-Zustand (Z2) in den Normal-Zustand (Z1), wenn die diagnose-unkritischen Einspritzparameter auftreten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das erfindungsgemäße Betriebsverfahren eine Diagnose der Einspritzventile durchführt, um Fehler zu erkennen.
  • Es ist bekannt, bei Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen im Rahmen einer fahrzeugeigenen Diagnose (OBD: Onboard Diagnosis) die Einspritzventile der Einspritzanlage zu überprüfen, um festzustellen, ob die Einspritzventile elektrisch korrekt angesteuert werden und funktionsfähig sind. Durch diese fahrzeugeigene Diagnose kann beispielsweise ein Kurzschluss gegen Masse oder Batteriespannung oder eine offene Last (z. B. durch Kabelbruch) diagnostiziert werden. Derartige Fehlerfälle können beispielsweise dazu führen, dass die Einspritzung auf dem betroffenen Brennraum ausbleibt, was wiederum zu Laufunruhe, verminderter Leistung und veränderten Abgasemissionen führt. Eine andere mögliche Folge derartiger Fehlerfälle ist, dass der Injektor im geöffneten Zustand stehen bleibt, was zu einer Dauereinspritzung führt und bei Brennkraftmaschinen mit einer Direkteinspritzung einen Motorschaden verursacht.
  • Die herkömmliche fahrzeugeigene Diagnose der Einspritzventile ist Bestandteil der Motorsteuerung und läuft während des Fahrbetriebs in einem definierten Zeitraster ab, wie beispielsweise alle 10 ms oder in jedem Einspritzsegment. Dies ermöglicht eine sofortige Erkennung eines Fehlerfalls und eine zeitnahe Reaktion der Motorsteuerung, indem beispielsweise die betroffene Einspritzbank abgeschaltet wird, um einen Motorschaden zu vermeiden.
  • Zum einen ist die uneingeschränkte zeitliche Verfügbarkeit der vorstehend beschriebenen Diagnose der Einspritzventile also aus sicherheitstechnischen Gründen unerlässlich, um beispielsweise einen Motorschaden zu vermeiden.
  • Zum anderen kann eine Fehlfunktion eines Einspritzventils auch zu erhöhten Abgasemissionen führen, so dass die uneingeschränkte zeitliche Verfügbarkeit der Diagnose der Einspritzventile auch aus rechtlichen Gründen erforderlich ist.
  • In bestimmten Betriebsbereichen von Einspritzanlagen kann es jedoch passieren, dass auswertbare Diagnoseinformationen nur eingeschränkt zur Verfügung stehen, so dass eine Diagnose der Einspritzventile nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Dies ist beispielsweise bei besonderen Betriebsarten der Brennkraftmaschine der Fall, wie beispielsweise bei einer inhomogenen Schichtverbrennung (FSI: Fuel Stratified Injection) und bei Sonderbetriebsarten, wie beispielsweise einem Katalysator-Heizen oder einer Zylinder-Spülung („Scavenging"). Bei diesen diagnose-kritischen Betriebarten werden mit Hilfe von Direkteinspritzsystemen Mehrfacheinspritzungen mit teilweise sehr kleinen Einspritzmassen realisiert. Insbesondere bei Einspritzeinlagen mit Magnetventilen kommt man dabei aufgrund der sehr kleinen Einspritzmassen an technische Grenzen, da die Trägheit des Magnetkreises bei der Ansteuerdauer und damit der Einspritzmenge eine untere Grenze setzt.
  • Aus motorischen Gründen ist man möglicherweise daran interessiert, Einspritzungen auch in diesen diagnose-kritischen Betriebsbereichen durchzuführen, sofern das Einspritzventil noch reproduzierbar genau funktioniert. In diesen diagnosekritischen Betriebsbereichen verändern sich jedoch Merkmale des elektrischen Stromsignals, die bei der Diagnose der Einspritzventile ausgewertet werden. Unter Umständen kann es durch elektrische Toleranzen des Systems (z. B. bei elektrischen Widerständen) passieren, dass bestimmte Schwellenwerte für den Ansteuerstrom der Aktoren der Einspritzventile nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit erreicht werden. Diese Schwellenwerte sowie die zugehörigen Zeitfenster können jedoch nicht mit ausreichendem Toleranzabstand vorgegeben wer den, da sie an Umschaltvorgänge im Stromverlauf gebunden sind und nicht ausschließlich zu Diagnosezwecken dienen. Eine Änderung dieser Schwellenwerte hätte somit unerwünschte funktionelle Folgen. Bei den herkömmlichen Diagnoseverfahren für Einspritzventile werden also in den diagnose-kritischen Betriebsbereichen der Einspritzanlage Scheinfehler (Pseudo-Fehler) diagnostiziert, was nicht erwünscht ist.
  • Aus DE 40 06 298 A1 ist ein Diagnoseverfahren zur Diagnostizierung eines Fehlers der Einspritzventile bekannt. In einem Normal-Zustand wird hierbei überprüft, ob die Einspritzventile funktionsfähig sind, wozu der Laststrom der Einspritzventile ausgewertet wird. Das Diagnoseverfahren wechselt dagegen aus dem Normal-Zustand mit einer uneingeschränkten Diagnose der Einspritzventile in einen Übergangs-Zustand, wenn eine Kraftstoffzufuhr-Sperrbedingung erfüllt ist, wobei in dem Übergangs-Zustand keine Diagnose erfolgt. Nachteilig an diesem bekannten Diagnoseverfahren ist also die Tatsache, dass die Diagnose in dem Übergangs-Zustand bei gesperrter Diagnose quasi blind ist, so dass eine Fehlfunktion eines Einspritzventils nicht erkannt werden kann, was im schlimmsten Fall zu einem Motorschaden führt.
  • Aus DE 10 2006 000 488 A1 ist ein Diagnoseverfahren für eine Common-Rail-Einspritzanlage bekannt, bei dem der Druckaufbau in dem Common-Rail überprüft wird. Eine Diagnose der Funktionsfähigkeit der einzelnen Einspritzventile ist hieraus jedoch nicht bekannt.
  • Das Gleiche gilt sinngemäß für DE 198 41 735 A1 , wo lediglich die Abnormalität des Kraftstoffzufuhrsystems diagnostiziert wird.
  • Ferner ist zum Stand der Technik noch hinzuweisen auf DE 10 2004 016 473 A1 , DE 197 23 079 C1 und US 5 671 141A .
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, dass eingangs beschriebene herkömmliche Betriebsverfahren für eine Einspritzanlage entsprechend zu verbessern. Insbesondere ist es hierbei wünschenswert, auch in diagnose-kritischen Betriebsbereichen der Einspritzanlage eine zeitlich uneingeschränkte Verfügbarkeit der Diagnose der Einspritzventile zu erreichen, ohne dass Pseudo-Fehler diagnostiziert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
  • Die Erfindung unterscheidet verschiedene Betriebszustände der Einspritzanlage, die im Folgenden beschrieben werden, wobei die Einspritzanlage zwischen den verschiedenen Betriebszuständen wechselt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die ebenfalls nachfolgend beschrieben werden.
  • Zunächst ermöglicht auch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in gleicher Weise wie herkömmliche Einspritzanlagen einen Normal-Zustand der Einspritzanlage.
  • Zum einen zeichnet sich der Normal-Zustand der Einspritzanlage durch diagnose-unkritische Einspritzparameter aus, die eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile ermöglichen.
  • Zum anderen erfolgt in dem Normal-Zustand eine normale Ansteuerung der Einspritzventile entsprechend dem gewünschten Einspritzverhalten. Der Normal-Zustand der Einspritzanlage ist also zu unterscheiden von den eingangs beschriebenen diagnose-kritischen Betriebsbereichen, wie beispielsweise der inhomogenen Schichtverbrennung.
  • In dem Normal-Zustand wird von der Motorsteuerung laufend überprüft, ob diagnose-kritische Einspritzparameter auftreten, die eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile verhindern. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sehr kleine Einspritzmengen injiziert werden sollen, wie beispielsweise bei inhomogener Schichtverbrennung oder beim Katalysator-Heizen.
  • Bei einer Erkennung diagnose-kritischer Einspritzparameter geht die Einspritzanlage dann von dem Normal-Zustand in einen Übergangszustand über, in dem die Diagnose der Einspritzventile abgeschaltet ist, um angesichts der diagnose-kritischen Einspritzparameter eine Fehldetektion von Pseudo-Fehlern zu verhindern.
  • Darüber hinaus wird in dem Übergangs-Zustand laufend geprüft, ob die diagnose-kritischen Einspritzparameter über einen bestimmten Zeitraum (z. B. 10 s) stabil vorliegen. Falls dies nicht der Fall ist und während des Übergangs-Zustands wieder diagnose-unkritische Einspritzparameter auftreten, wechselt die Einspritzanlage wieder von dem Übergangs-Zustand in den Normal-Zustand, in dem eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile erfolgt.
  • Falls die Überprüfung in dem Übergangs-Zustand dagegen ergibt, dass die diagnose-kritischen Einspritzparameter über einen vorgegebenen Zeitraum hin stabil vorliegen, so wechselt die Einspritzanlage von dem Übergangs-Zustand in einen Teildiagnose-Zustand, in dem zumindest eine eingeschränkte Diagnose der Einspritzventile erfolgt. Dieser Wechsel aus dem Übergangs-Zustand in den Teildiagnose-Zustand ist erforderlich, da eine länger andauernde vollständige Abschaltung der Diagnose die eingangs beschriebenen sicherheitstechnischen und rechtlichen Vorgaben verletzen würde.
  • Die Abschaltung der Diagnose der Einspritzventile in dem Übergangs-Zustand ist also in jedem Fall zeitlich begrenzt, so dass die eingangs beschriebenen sicherheitstechnischen und rechtlichen Vorgaben nicht verletzt werden.
  • In dem Teildiagnose-Zustand werden die diagnose-kritischen Einspritzparameter jedoch nicht verändert, so dass eine Detektion von Pseudo-Fehlern bewusst in Kauf genommen wird. Es kann deshalb in dem Teildiagnose-Zustand vorkommen, dass die Diagnose der Einspritzventile ein unklares Fehlersymptom ergibt, das entweder auf einen Pseudo-Fehler oder auf einen tatsächlichen Fehler zurückzuführen ist. Bei einer Detektion eines derartigen unklaren Fehlersymptoms wechselt die Einspritzanlage dann zur weiteren Abklärung der Fehlerursache von dem Teildiagnose-Zustand in einen Volldiagnose-Zustand.
  • Indem Volldiagnose-Zustand werden die Einspritzparameter dann so abgeändert, dass zwar die sicherheitstechnischen und/oder rechtlichen Vorgaben (z. B. Abgasnormen) eingehalten werden, aber trotzdem eine aussagekräftige Diagnose der Einspritzventile möglich ist. Anschließend erfolgt dann bei den geänderten Einspritzparametern eine Überprüfung des unklaren Fehlersymptoms, um einen Pseudo-Fehler von einen echten Fehler zu unterscheiden.
  • Bei einer Validierung des unklaren Fehlersymptoms als echter Fehler verbleibt die Einspritzanlage in dem Volldiagnose Zustand und generiert einen Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher. Darüber hinaus kann die Einspritzanlage dann auf den als echt erkannten Fehler mit einer entsprechenden Änderung der Ansteuerung der Einspritzanlage reagieren.
  • Falls die Abklärung des unklaren Fehlersymptoms in dem Volldiagnose-Zustand dagegen einen Pseudo-Fehler ergibt, so geht die Einspritzanlage von dem Volldiagnose-Zustand in einen Warte-Zustand über, in dem die Diagnose der Einspritzventile für eine vorgegebene Wartezeit (z. B. 10 s) abgeschaltet wird. Diese Wartezeit soll gerade so lang sein, dass die Reaktionszeit bei einem neu auftretenden Fehler im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben und die für die Systemsicherheit notwendige Systemreaktion angemessen ist. Andererseits soll die Wartezeit so bemessen sein, dass ein permanent anliegender Pseudo-Fehler nicht zu unbegründeten Diagnosereaktionen führt. Nach Ablauf der vorgegebenen Wartezeit geht die Einspritzanlage dann wieder von dem Warte-Zustand in den Teildiagnose-Zustand über.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Zustandsdiagramm des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens mit den verschiedenen Betriebszuständen und den Übergängen zwischen den verschiedenen Betriebszuständen, sowie
  • 2A, 2B das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gemäß 1 in Form eines Flussdiagramms.
  • Das Zustandsdiagramm in 1 zeigt zunächst einen Normal-Zustand Z1 einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine. In dem Normal-Zustand Z1 liegen diagnose-unkritische Einspritzparameter vor, so dass eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile möglich ist.
  • In dem Normal-Zustand Z1 wird laufend überprüft, ob diagnose-kritische Einspritzparameter auftreten, beispielsweise bei einer inhomogenen Schichtverbrennung, beim Katalysator-Heizen oder bei einer Zylinder-Spülung („Scavenging"). Beim Auftreten diagnose-kritischer Einspritzparameter geht die Einspritzanlage dann von dem Normal-Zustand Z1 in einen Übergangs-Zustand Z2 über, in dem die Diagnose der Einspritzventile abgeschaltet ist, um angesichts der diagnose-kritischen Einspritzparameters eine Fehldetektion von Pseudofehlern zu verhindern.
  • Während des Übergangs-Zustand Z2 wird laufend überprüft, ob wieder diagnose-unkritische Einspritzparameter auftreten. Falls dies der Fall ist, wechselt die Einspritzanlage sofort wieder von dem Übergangs-Zustand Z2 in den Normal-Zustand Z1, wo wieder eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile erfolgt.
  • Weiterhin wird in dem Übergangs-Zustand Z2 geprüft, ob die diagnose-kritischen Einspritzparameter über eine vorgegebene Zeitspanne hin stabil sind. Falls dies der Fall ist, wechselt die Einspritzanlage aus dem Übergangs-Zustand Z2 in einen Teildiagnose-Zustand Z3, in dem trotz der diagnose-kritischen Einspritzparameter eine Diagnose der Einspritzventile durchgeführt wird. Der Teildiagnose-Zustand Z3 unterscheidet sich von einem weiter unter erläuterten Volldiagnose-Zustand Z4 insoweit, als bestimmte Fehlerfehler zunächst nicht als Fehlerfälle behandelt, sondern in einem besonderen Modus weiter analysiert werden.
  • Der Übergangs-Zustand Z2 mit einer inaktiven Diagnose der Einspritzventile darf also nur eine beschränkte Zeitspanne vorliegen, da andernfalls sicherheitstechnische und rechtliche Vorgaben verletzt würden.
  • Darüber hinaus wird während des Teildiagnose-Zustands Z3 laufend überprüft, ob wieder diagnose-unkritische Einspritzparameter auftreten. Falls dies der Fall ist, so wechselt die Einspritzanlage wieder von dem Teildiagnose-Zustand Z3 in den Übergangs-Zustand Z2 und von dort in den Normal-Zustand Z1, wo aufgrund der diagnose-unkritischen Einspritzparameter wieder eine uneingeschränkte Diagnose der Einspritzventile erfolgt.
  • Falls dagegen in dem Teildiagnose-Zustand Z3 ein unklares Fehlersymptom detektiert wird, das aufgrund der diagnose-kritischen Einspritzparameter nicht klar und eindeutig auf einen bestimmten Fehler zurückgeführt werden kann, so wechselt die Einspritzanlage von dem Teildiagnose-Zustand Z3 in den Volldiagnose-Zustand Z4, um das unklare Fehlersymptom weiter abzuklären.
  • In dem Volldiagnose-Zustand Z4 werden die Einspritzparameter dann so geändert, dass eine aussagekräftige Diagnose möglich ist, aber andererseits die Änderungen im motorischen Verhalten (z. B. erhöhte Abgaswerte, Laufunruhe) innerhalb von akzeptablen Grenzen liegen, d. h. die Brennkraftmaschine darf in einem Abgastest nicht auffällig werden.
  • Anschließend erfolgt dann in dem Volldiagnose-Zustand Z4 mit den geänderten Einspritzparametern eine Feindiagnose, um das unklare Fehlersymptom abzuklären und einen Pseudo-Fehler von einem echten Fehler zu unterscheiden.
  • Bei einer Erkennung eines echten Fehlers erfolgt dann eine Speicherung eines Fehlereintrags in einem Fehlerspeicher sowie eine angemessene Reaktion der Motorsteuerung und die Einspritzanlage verbleibt zunächst in dem Zustand Z4.
  • Falls die Feindiagnose in dem Zustand Z4 dagegen einen Pseudo-Fehler ergibt, so wird das unklare Fehlersymptom als Pseudo-Fehler verworfen und es erfolgt kein Fehlereintrag in dem Fehlerspeicher. Stattdessen wechselt die Einspritzanlage dann von dem Volldiagnose-Zustand Z4 in einen Warte-Zustand Z5, in dem die Diagnose der Einspritzventile für eine vorgegebene Zeitspanne von beispielsweise 10 s abgeschaltet wird. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne wechselt die Einspritzanlage dann von dem Warte-Zustand Z5 wieder in den Teildiagnose-Zustand Z3.
  • Die 2A und 2B zeigen das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Betriebsverfahren in Form eines Flussdiagramms, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung des Zustandsdiagramms gemäß 1 verwiesen wird und auf eine separate Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte S1–S13 verzichtet werden kann.

Claims (8)

  1. Betriebsverfahren für eine Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit den folgenden Schritten (S1–S4): a) Betrieb der Einspritzanlage in einem Normal-Zustand (Z1) mit diagnose-unkritischen Einspritzparametern und einer uneingeschränkten Diagnose der Einspritzventile zur Erkennung eines Fehlers der Einspritzventile, wobei die diagnose-unkritischen Einspritzparameter eine aussagekräftige Diagnose der Einspritzventile erlauben, b) Unterscheidung der diagnose-unkritischen Einspritzparameter von diagnose-kritischen Einspritzparametern, wobei die diagnose-kritischen Einspritzparameter keine aussagekräftige Diagnose der Einspritzventile erlauben, c) Übergang von dem Normal-Zustand (Z1) in einen Übergangs-Zustand (Z2), wenn die diagnose-kritischen Einspritzparameter auftreten, d) Abschalten der Diagnose der Einspritzventile in dem Übergangs-Zustand (Z2), e) Übergang von dem Übergangs-Zustand (Z2) in den NormalZustand (Z1), wenn die diagnose-unkritischen Einspritzparameter auftreten, gekennzeichnet durch folgende Schritte (S5, S6, S7): f) Übergang von dem Übergangs-Zustand (Z2) in einen Teildiagnose-Zustand (Z3), wenn die diagnose-kritischen Einspritzparameter über den vorgegebenen Zeitraum hin stabil bleiben, g) Eingeschränkte Diagnose der Einspritzventile in dem Teildiagnose-Zustand (Z3), h) Übergang von dem Teildiagnose-Zustand (Z3) in den Übergangs-Zustand (Z2) oder in den Normal-Zustand (Z1), wenn wieder die diagnose-unkritischen Einspritzparameter auftreten.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangs-Zustand (Z2) zeitlich auf einen vorgegebenen und/oder einstellbaren Zeitraum befristet ist.
  3. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte (S8, S9, S10, S11): a) Übergang von dem Teildiagnose-Zustand (Z3) in einen Volldiagnose-Zustand (Z4), wenn die eingeschränkte Diagnose ein unklares Fehlersymptom der Einspritzventile ergibt, b) Änderung der Einspritzparameter in dem Volldiagnose-Zustand (Z4), so dass zwar eine aussagekräftige Fehlerdiagnose möglich ist, aber vorgegebene Grenzwerte, insbesondere Abgasgrenzwerte, eingehalten werden, c) Diagnose der Einspritzventile mit den geänderten Einspritzparametern in dem Volldiagnose-Zustand (Z4) zur Unterscheidung eines tatsächlichen Fehlers von einem Pseudo-Fehler, d) Übergang von dem Volldiagnose-Zustand (Z4) in einen Warte-Zustand (Z5), wenn die Diagnose in dem Volldiagnose-Zustand (Z4) einen Pseudo-Fehler ergibt, e) Beibehaltung des Volldiagnose-Zustands (Z4) und Speicherung eines Fehler-Eintrags, wenn die Diagnose in dem Volldiagnose-Zustand (Z4) einen tatsächlichen Fehler ergibt, f) Übergang aus dem Warte-Zustand (Z5) in den Teildiagnose-Zustand (Z3) nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit.
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit vor dem Übergang von dem Warte-Zustand (Z5) in den Teildiagnose-Zustand (Z3) a) größer als 2 s, 5 s, 10 s oder 20 s, und/oder b) kleiner als 60 s, 30 s, 20 s oder 10 s ist.
  5. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei folgenden Betriebsbedingungen diagnose-kritische Einspritzparameter vorliegen: a) Inhomogene Schichtverbrennung, b) Katalysator-Heizen, c) kleine Einspritzmengen, d) Mehrfacheinspritzungen, und/oder e) Zylinder-Spülung.
  6. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diagnose der Einspritzventile der elektrische Strom der Einspritzventile ausgewertet wird.
  7. Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Motorsteuerung das Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
  8. Computerprogramm, welches das Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt, wenn es in einen Steuerrechner der Motorsteuerung geladen ist und auf dem Steuerrechner ausgeführt wird.
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