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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Leckage mindestens
eines Injektors, eine Anordnung zur Detektion einer Leckage, ein Computerprogramm
und ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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An
moderne Verbrennungsmotoren werden im Hinblick auf gesetzliche Rahmenbedingungen
bezüglich zulässiger Emissionswerte aber auch
aufgrund gestiegener Erwartungen der Endverbraucher bzgl. des Fahrkomforts,
der Laufruhe und des niedrigen Verbrauchs hohe Anforderungen gestellt.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine genaue Steuerung
der Kraftstoffverbrennung notwendig. Der Kraftstoff wird beispielsweise
bei einem Common-Rail-System (CRS) über eine Hochdruckpumpe
verdichtet und mittels geeigneter Injektoren in den Brennraum des
Verbrennungsmotors eingebracht. Werden diese Injektoren im Lauf
der Zeit undicht und dringt Kraftstoff ungesteuert in den Brennraum,
hat dies negative Auswirkungen auf die Emissionswerte.
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In
der Druckschrift
DE
196 200 38 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Oberwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Common-Rail-Systems, beschrieben. Ein Defekt
des Zumesssystems wird erkannt, wenn ein Signal eines Sensors, der
die Abgaszusammensetzung erfasst, von einem vorgebbaren Wert abweicht.
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Ein
Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit
mindestens eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine ist aus
der Druckschrift
DE 10 2008
042 605 bekannt. Dabei wird zunächst die Funktionstüchtigkeit
einer Lambdasonde, die zur Ermittlung eines Zustands des mindestens
einen Ein spritzventils ausgebildet ist, überprüft,
wobei für die Brennkraftmaschine eine stationäre
Betriebsbedingung eingestellt und überprüft wird,
ob mindestens ein Signal der Lambdasonde für die eingestellte
Betriebsbedingung stabil ist. In Abhängigkeit davon, ob das
Signal der Lambdasonde stabil ist, wird mit der Lambdasonde bei
der eingestellten Betriebsbedingung ein Lambdawert für
das mindestens eine Einspritzventil gemessen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Leckage mindestens
eines Injektors bzw. Einspritzventils einer Einspritzanlage eines
Verbrennungsmotors. Dabei wird der mindestens eine Injektor bei
mindestens zwei unterschiedlichen Werten eines Raildrucks betrieben
und ein Leerlaufbedarf bzw. ein Bedarf einer Einspritzmenge des
Kraftstoffs des mindestens einen Injektors untersucht. Es ist vorgesehen,
dass die Leckage bei einer Änderung des Leerlaufbedarfs
detektiert wird.
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In
Ausgestaltung erfolgt die Untersuchung des Leerlaufbedarfs durch
einen Leerlaufregler des Verbrennungsmotors. Die Leckage wird detektiert, wenn
die Einspritzmenge von dem Leerlaufregler bei erhöhtem
Druck bzw. Raildruck verringert wird. Üblicherweise wird
der Leerlaufbedarf in Abhängigkeit eines Werts des Raildrucks
direkt gemessen.
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Der
Leerlaufregler ist dazu ausgebildet, eine untere Drehzahl des Verbrennungsmotors
konstant zu halten, falls sich dieser im Leerlauf befindet. Hierzu
wird von dem Leerlaufregler mindestens ein Regelungsparameter bereitgestellt.
Werte für den mindestens einen Regelungsparameter werden
beim Betrieb, typischerweise beim Leerlauf des Verbrennungsmotors,
bereitgestellt. Somit wird die Drehzahl konstant gehalten. Bei einer
möglichen Durchführung des Verfahrens wird überprüft,
ob der Leerlaufregler auf eine Änderung des Leerlaufbedarfs,
der bei Vorliegen eines Lecks im Injektor durch eine Änderung des
Raildrucks bedingt ist, durch Anpassung der Drehzahl reagiert. Ist
dies der Fall, kann das Leck über den Leerlaufregler nachgewiesen
werden.
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Das
Verfahren ist u. a. für Verbrennungsmotoren geeignet, bei
denen eine sog. Common-Rail-Einspritzung, die auch als Speichereinspritzung
bezeichnet wird, durchgeführt wird. Der Raildruck entspricht
einem Druck eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, das bei Betrieb des
Verbrennungsmotors von einem Injektor in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors
gespritzt wird.
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Üblicherweise
werden alle Injektoren der Einspritzanlage untersucht. Dabei wird
ein Muster des Leerlaufreglers und somit eines injektorabhängigen
Leerlaufbedarfs analysiert, wobei ein ggf. leckender Injektor identifiziert
werden kann.
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In
einer Variante des Verfahrens wird ergänzend das Verhältnis
der Einspritzmenge zu der Luftmasse in Abhängigkeit eines
Werts des Raildrucks direkt gemessen. Die Leckage wird detektiert,
falls sich das genannte Verhältnis bei erhöhtem
Raildruck verringert. Somit kann weiterhin bei einem druckabhängig
abweichenden Lambdawert zwischen den Raildruckpunkten eine eindeutige
Zuordnung getroffen werden.
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Eine
Untersuchung des Injektors kann zunächst bei einem niedrigen,
ersten Wert des Raildrucks und danach bei mindestens einem erhöhten, zweiten
Wert des Raildrucks durchgeführt werden. Demnach ist es
bspw. möglich, den Raildruck von einem normalen Wert im
Leerlauf auf einen Wert von ca. 550 bar zu erhöhen. Somit
kann das Verfahren typischerweise im Leerlauf des Verbrennungsmotors durchgeführt
werden. Hierbei kann in Ausgestaltung der Raildruck von dem ersten
Wert auf den zweiten Wert erhöht werden, wobei für
diesen zweiten Wert des Raildrucks gewährleistet ist, dass
durch den erhöhten Raildruck die Injektornadel so in ihren
Sitz gedrückt wird, dass der Injektor nicht leckt. Demnach kann
der erhöhte zweite Wert injektorspezifisch eingestellt
werden.
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Bei
einer Umsetzung des Verfahrens kann eine Nummer des Zylinders des
Verbrennungsmotors ermittelt werden, dem der leckende Injektor zugeordnet
ist. Hierzu ist es möglich, ein Muster des Leerlaufbedarfs
zu analysieren, was durch Zuordnung der Explosionen, die bei Betrieb
des Verbrennungsmotors abwechselnd zylinderweise erfolgen, zu dem
Leerlaufbedarf möglich ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Detektion einer
Leckage mindestens eines Injektors bzw. Einspritzventils einer Einspritzanlage eines
Verbrennungsmotors, die dazu ausgebildet ist, den mindestens einen
Injektor bei mindestens zwei unterschiedlichen Werten eines Raildrucks
zu betreiben. Die Anordnung ist weiterhin dazu ausgebildet, einen
Bedarf einer Einspritzmenge des Kraftstoffs des mindestens einen
Injektors zu untersuchen und die Leckage bei einer Änderung
des Leerlaufbedarfs zu detektieren.
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Die
Anordnung kann u. a. ein Testgerät umfassen, das bspw.
im Rahmen einer Inspektion mit einem Steuergerät des Verbrennungsmotors
zum Austausch von Daten verbunden wird. Das Steuergerät kann
weiterhin mit dem Leerlaufregler zusammenwirken. Mit dem Testgerät
ist es möglich, die zur Umsetzung des Verfahrens geeigneten
Werte des Raildrucks einzustellen und weiterhin den vom Raildruck abhängigen
Leelaufbedarf für jeden Zylinder und somit Injektor des
Verbrennungsmotors gezielt zu bestimmen. Die Anordnung kann bei
Durchführung des Verfahrens auch das Steuergerät,
den Leerlaufregler und/oder die Lambdasonde umfassen.
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Bei
einer Überprüfung der Funktion des Injektors mit
der Lambdasonde kann es vorkommen, dass ein falsches Verhältnis
der Einspritzmenge zu der Luftmenge detektiert wird. Infolgedessen
reduziert ein Steuergerät des Verbrennungsmotors die Luftmenge,
damit die Emissionswerte nicht verschlechtert werden. Folglich wird
die Ursache, d. h. die falsche Einspritzmenge, nicht behoben und
die Emissionen verschlechtern sich weiter. Eine daraus resultierende
Leckagemenge kann des weiteren Schwarzrauch oder ein Ruckeln des
Motors verursachen, was aus Sicht des Endkunden inakzeptabel ist. Mit
der Erfindung wird die Detektion einer Leckage durch Überprüfung
des Leerlaufbedarfs verbessert.
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Die
beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche
Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei
können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen
Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin
können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen
Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt
werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte
des Verfahrens als Funktionen einzelner Komponenten der Anordnung
oder der gesamten Anordnung realisiert werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln,
um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln,
die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind,
ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen
Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
oder einer entsprechenden Recheneinheit, bspw. in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Mit
einer im Rahmen des Verfahrens umgesetzten Funktion kann bei Leerlauf
eine Leckagemenge an einem Injektor detektiert werden. Hierfür wird
kurzzeitig der Raildruck auf 550 bar erhöht. Durch den
Vergleich des Verhältnisses der Einspritzmenge und Luftmasse über
den Lambdawert vor und nach der Raildruckerhöhung, lässt
sich eine Aussage darüber treffen, ob mindestens ein Injektor
leckt. Ist die Leckage darüber hinaus momentenbildend,
was sich ergibt, falls die Leckagemenge verbrannt wird, wird der
Leerlaufregler zudem die Einspritzmenge verringern. Anhand dieser
zwei Indikatoren lässt sich ein undichter Injektor erkennen.
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Folglich
kann mit dem Verfahren ein defekter, undichter Injektor in einer
Werkstatt ermittelt werden. Wenn der Endkunde mit dem Problem Schwarzrauch oder
Ruckeln in die Werkstatt kommt und diagnostiziert wird, dass dies
an den Injektoren liegt, wurden bislang sämtliche Injektoren
ausgetauscht, selbst wenn möglicherweise nur einer der
Injektoren undicht ist.
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Mit
der Erfindung wird nicht nur generell eine Leckage über
das Signal der Lambdasonde erkannt. Durch Untersuchung des Leerlaufbedarfs
ist ein Pinpointing bzw. einer genauen Festlegung auf den defekten
leckenden Injektor möglich. Durch das Muster des Leerlaufreglers
lässt sich bei abweichendem Lambdawert zwischen den Raildruckpunkten
eine eindeutige Zuordnung treffen. Dies kann bedeuten, dass als
genanntes Muster ein Verlauf von Werten für mindestens
einen Regelungsparameter, der von dem Leerlaufregler bereitgestellt
wird, erfasst und untersucht wird. Innerhalb des Musters bzw. Verlaufs
der Werte ist eine Zuordnung eines Werts zu einem der Injektoren
möglich und vorgesehen. Falls sich nun Werte des Regelungsparameters
raildruckabhängig ändern, kann festgestellt werden,
für welchen der Injektoren eine derartige Änderung
erfolgt. Somit kann in der Werkstatt die Austauschrate der Injektoren
reduziert werden, da bei der vor genommenen Detektion der Leckage
der defekte Injektor identifiziert wird. Ein kompletter Austausch
aller Injektoren wird somit überflüssig.
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Undichte
Injektoren lecken üblicherweise bei niedrigen Raildrücken.
Ab einem Raildruck von ca. 550 bar sind die Injektoren im Ruhezustand
wieder dicht. Ein exakter Wert für den Raildruck hängt
vom Typ des Injektors ab. Diese Eigenschaft wird genutzt, um leckende
Injektoren zu detektieren. Hierzu wird der Raildruck im Leerlauf
kurzzeitig auf 550 bar angehoben. Sind die Injektoren dicht, ändern
sich weder der Leerlaufbedarf noch das Verhältnis Luft
zur Einspritzmenge des Kraftstoffs bzw. der Lambdawert. Leckt dagegen
mindestens ein Injektor, so ist dies am Leerlaufbedarf und Lambdawert
ersichtlich. Um eine eindeutige Zuordnung durchführen zu
können, welcher mindestens eine Injektor leckt, wird der
Leerlaufbedarf beobachtet. Ergibt sich ein Muster für Werte des
mindestens einen Regelungsparameters des Leerlaufreglers, das mit
der Zylindernummer des Verbrennungsmotors korreliert, kann man den
mindestens einen leckenden Injektor bestimmen.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführungsform der
Erfindung
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor 2,
der in der vorliegenden Ausführungsform vier Zylinder 4, 6, 8, 10 mit
jeweils einer Brennkammer aufweist. Jedem dieser Zylinder 4, 6, 8, 10 ist
ein Injektor 12, 14, 16, 18 zugeordnet. Bei
Betrieb des Verbrennungsmotors wird über die Injektoren 12, 14, 16, 18 ein
Gemisch aus Kraftstoff und Luft in die Brennkammern der Zylinder 4, 6, 8, 10 eingespritzt
und innerhalb der Brennkammern zur Explosion gebracht.
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1 zeigt
weiterhin ein schematisch dargestelltes Steuergerät 20,
das zur Steuerung des Verbrennungsmotors 2 ausgebildet
ist. Dieses Steuergerät 20 umfasst einen Leerlaufregler 22,
der dazu ausgebildet ist, durch geeignete Regelung eine Drehzahl des
Verbrennungsmotors 2 im Leerlauf konstant zu halten. 1 zeigt
auch einen Abgasstrang 24, über den aus den Zylindern 4, 6, 8, 10 verbrannte
Abgase abgeführt werden. Innerhalb des Abgasstrangs 24 ist eine
Lambdasonde 26 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den
sogenannten Lambdawert und somit das Verbrennungs-Luft-Verhältnis
der Abgase zu bestimmen.
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Die
in 1 ebenfalls schematisch dargestellte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung 28 umfasst
ein Testgerät 30, das dazu ausgebildet ist, eine
möglicherweise vorhandene Leckage bzw. Undichtheit mindestens
eines der Injektoren 12, 14, 16, 18 des
Verbrennungsmotors 2 nachzuweisen. Zur Durchführung
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Testgerät 30 üblicherweise
bei einem Werkstattaufenthalt mit dem Steuergerät 20 und
der Lambdasonde 26 verbunden, so dass zwischen dem Testgerät 30 und dem
Steuergerät 20 sowie der Lambdasonde 26 ein Datenaustausch
vorgenommen werden kann.
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Zur
Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesehen, dass die Injektoren 12, 14, 16, 18 jeweils
bei unterschiedlichen Werten eines Raildrucks betrieben werden.
In Abhängigkeit eines Werts des Raildrucks wird für
jeden der Injektoren 12, 14, 16, 18 ein
Leerlaufbedarf und somit ein Bedarf einer Einspritzmenge des Kraftstoffs über
den Leerlaufregler 22 untersucht. Falls sich für
mindestens einen der Injektoren 12, 14, 16, 18 der
Leerlaufbedarf in Abhängigkeit des Raildrucks ändert,
wird für diesen mindestens einen Injektor 12, 14, 16, 18 eine
Leckage nachgewiesen.
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Bei
Durchführung des Verfahrens wird der Verbrennungsmotor 2 zunächst
im Leerlauf betrieben und in diesem Betriebszustand der Leerlaufbedarf
für jeden der Injektoren 12, 14, 16, 18 individuell
bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt des Verfahrens wird der
Raildruck kurzfristig auf 550 bar erhöht. Bleibt hierbei der
Leerlaufbedarf für den mindestens einen Injektor 12, 14, 16, 18 unverändert,
so liegt für diesen mindestens einen Injektor 12, 14, 16, 18 keine Leckage
vor. Folglich ist eine druckabhängige Änderung
des Leerlaufbedarfs ein Indiz für das Vorliegen einer Leckage
des mindestens einen Injektors 12, 14, 16, 18.
Hierbei wird der Leerlaufbedarf bei erhöhtem Raildruck
ebenfalls für jeden der Injektoren 12, 14, 16, 18 individuell
bestimmt und mit den Werten des Leerlaufbedarfs bei niedrigem Raildruck
verglichen.
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Als
weiterer Indikator zum Nachweis einer möglicherweise vorliegenden
Leckage wird nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auch der Lambdawert des Abgases bestimmt. Falls sich
der Lambdawert in Abhängigkeit des Raildrucks verändert,
ist dies ein weiteres Indiz für das Vorliegen einer Leckage
mindestens eines Injektors 12, 14, 16, 18.
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Der
Leerlaufbedarf wird bei Durchführung des Verfahrens Zylinder
individuell bestimmt, sodass es möglich ist, eine raildruckabhängige Änderung des
Leerlaufbedarfs und somit eines Bedarfs an einer Einspritzmenge
des Kraftstoffs für jeden der Injektoren 12, 14, 16, 18 zu
bestimmen und somit eine möglicherweise vorliegende Abweichung
bzw. Änderung des Leerlaufbedarfs mindestens einem der
Injektoren 12, 14, 16, 18 exakt
zuzuordnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19620038
A1 [0003]
- - DE 102008042605 [0004]