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Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren und eine Diagnoseeinrichtung zum Erkennen eines defekten Kraftstoffinjektors einer Verbrennungskraftmaschine.
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Grundsätzlich ist es bekannt, dass bei Verbrennungskraftmaschinen, die z. B. in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, für die Kraftstoffeinspritzung Kraftstoffinjektoren in einer Kraftstoffeinspritzanlage verwendet werden. Kraftstoffinjektoren sind komplexe Bauteile, die z. B. als Magnetventil-Injektoren oder Piezo-Injektoren ausgebildet sein können. Magnetventil-Injektoren werden elektromagnetisch betrieben, während die Piezo-Injektoren piezoelektrisch betrieben werden.
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Die Aufgabe des Kraftstoffinjektors ist es, den Kraftstoff zu dosieren und durch dessen Zerstäubung eine Vermengung von Verbrennungsluft mit dem Kraftstoff zu erreichen und so eine optimale Verbrennung im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten. Eine Verschmutzung (z. B. Verkokung), die die Zerstäubung des Kraftstoffes verschlechtert, oder eine Fehlfunktion eines Kraftstoffinjektors führen folglich typischerweise zu einer Verschlechterung der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine. Dies kann zum Beispiel zu Verbrennungsaussetzern der Verbrennungskraftmaschine führen, was sich bspw. in einer Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine bemerkt macht.
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Durch die Komplexität der Fahrzeuge ist eine Fehlererkennung, insbesondere auch der Kraftstoffinjektoren, keine einfache Aufgabe. Typischerweise wird die Fehlersuche und die Diagnose von Fehlern bei der Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine in Werkstätten durchgeführt, die dafür Tester mit Programmen verwenden, die eine geführte Fehlersuche ermöglichen. Aufgrund der Komplexität der Einspritzanlage und Verbrennungskraftmaschine kann es dabei allerdings zu Fehldiagnosen kommen, was Fehlreparaturen am Fahrzeug zur Folge haben kann.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Diagnose von Fehlern von Kraftstoffinjektoren bekannt.
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Aus den Offenlegungsschriften
DE 10 2010 043 150 A1 und
10 2007 038 537 A1 ist es bekannt, aufgrund von Widerstandsmessungen an Piezo-Injektoren Rückschlusse auf deren Funktionsfähigkeit zu schließen. Diese Verfahren sind allerdings aufwändig, da sie eine Widerstandsmessung an dem jeweiligen Piezo-Injektor erfordern. Außerdem ist es damit nicht ohne weiteres möglich, mechanische Defekte zu erkennen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 012 858 A1 ist es bei einem Hybridfahrzeug bekannt, Verbrennungsaussetzer einer Verbrennungskraftmaschine zu erkennen und die Erkennung von Verbrennungsaussetzern durch Berücksichtigen der Drehgleichförmigkeit einer elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs, die mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, zu unterstützen. Dieses Verfahren ist nur für Hybridfahrzeuge anwendbar.
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Ein Verfahren zum Erkennen von Zündfehlern unter Zuhilfenahme von Abgaswerten ist aus der Offenlegungsschrift
DE 38 35 285 A1 bekannt.
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Aus der Offenlegungsschrift
10 2005 049 069 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern bei der Gemischbildung unter Zuhilfenahme der Luftzahl bekannt.
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Eine gezielte Fehlersuche zum Erkennen eines Fehlers eines Kraftstoffventils ist aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 041 406 A1 bekannt. Dieses Verfahren ist für bivalent ausgelegte Verbrennungskraftmaschinen, die bspw. mit Benzin und Erdgas betreibbar sind, geeignet und erkennt einen Fehler der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit davon, ob Verbrennungsaussetzer im Benzinbetrieb oder im Erdgasbetrieb auftreten. Außerdem wird ein Fehler eines Kraftstoffventils für Benzin bzw. Erdgas durch Erkennen von Verbrennungsaussetzern im Benzinbetrieb bzw. Erdgasbetrieb ermittelt.
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Eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Diagnoseeinheit zum Ermitteln eines Diagnosekennwerts eines Direkt-Einspritzventils für die Brennkraftmaschine zeigt die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2012 204 332 A1 . Der Diagnosekennwert für ein zugehöriges Direkt-Einspritzventil wird in Abhängigkeit eines Direkt-Adaptionswertes für den jeweiligen Zylinder ermittelt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 102 15 906 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Beschädigung bzw. Undichtigkeit eines Kraftstoffventils in der Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors. Dazu wird in der Kraftstoffzufuhr vor den eigentlichen Gemischbildungs- bzw. Dosierventilen ein Absperrventil angeordnet, welches bei einem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors offen ist und nur geschlossen wird, wenn keine Einspritzung oder Einblasung erfolgt. Außerdem ist zwischen dem Absperrventil und den Dosierventilen ein Sensor angeordnet, mit dem ein Druckabfall während einer Schubabschneidung des Verbrennungsmotors überwacht wird. Anhand der Druckänderung kann auf die Dichtigkeit der nachgeschalteten Dosierventile geschlossen werden.
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Aus der
US 2013/02264437 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen einer abnormalen Abweichung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zwischen verschiedenen Zylindern einer Brennkraftmaschine bekannt. Aus der abnormalen Abweichung kann auf eine Fehlfunktion eines Kraftstoffinjektors genschlossen werden.
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Die europäische Patentschrift
EP 0 754 845 B1 zeigt ein Verfahren zur Erkennung von defekten Zünd- oder Einspritzvorrichtungen bei Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern. Das Verfahren beruht auf der Erkennung von Verbrennungsaussetzern, welche durch Überwachung der Laufruhe des Verbrennungsmotors erkannt werden.
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Auch wenn aus dem Stand der Technik vielfältige Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen in Kraftstoffinjektoren bekannt sind, besteht weiterhin Bedarf, diese Verfahren zu verbessern, da mit den bekannten Verfahren in bestimmten Situationen eine Fehlfunktion, insbesondere eine mechanische Fehlfunktion, eines Kraftstoffinjektors nicht erkannt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Diagnoseverfahren und eine Diagnoseeinrichtung zum Erkennen eines defekten Kraftstoffinjektors einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 und die Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Diagnoseverfahren betrifft das Erkennen eines defekten Kraftstoffinjektors einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine hat einen ersten Betriebszustand, in dem sie (ausschließlich) mit einer inneren Gemischbildung eines Kraftstoffes betreibbar ist, und einen zweiten Betriebszustand, in dem sie (ausschließlich) mit einer äußeren Gemischbildung eines Kraftstoffes betreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Kraftstoffinjektor zum Erzeugen der inneren Gemischbildung in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine auf und wenigstens ein Kraftstoffventil zum Erzeugen der äußeren Gemischbildung außerhalb des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine.
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Grundsätzlich ist es bekannt, dass bei Verbrennungskraftmaschinen eine äußere Gemischbildung, zum Beispiel in einem Saugrohr oder einem Vergaser außerhalb des eigentlichen Brennraums stattfindet. Die äußere Gemischbildung dient dazu, ein verbrennungsfähiges Gas oder Kraftstoffgemisch außerhalb des Brennraums herzustellen. Dazu sind Kraftstoffventile bekannt, die flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff entsprechend in das Saugrohr einbringen und so das verbrennungsfähige Gas oder Gemisch in dem Saugrohr zu erzeugen. Die innere Gemischbildung findet in dem Brennraum statt. Dazu sind Kraftstoffinjektoren, wie auch oben beschrieben, bekannt, die an dem Brennraum angeordnet sind und den Kraftstoff in den Brennraum einspritzen und so dort ein verbrennungsfähiges Gemisch erzeugen.
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Die Verbrennungskraftmaschine kann zum Beispiel zum Verbrennen nur von flüssigen Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, ausgestaltet sein. In solchen Fällen wird die Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand (ausschließlich) mittels der Kraftstoffinjektoren betrieben, die jeweils den Kraftstoff in den Brennraum für die innere Gemischbildung einspritzen und im zweiten Betriebszustand wird die Verbrennungskraftmaschine mittels der Kraftstoffventile betrieben, die für die äußere Gemischbildung vorgesehen sind, wobei im ersten und im zweiten Betriebszustand dieselbe Art von Kraftstoff verwendet wird.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung zweier unterschiedlicher Kraftstoffarten ausgebildet, nämlich zur Verbrennung eines ersten (flüssigen) Kraftstoffes, insbesondere Benzin, im ersten Betriebszustand und im zweiten Betriebszustand zur Verbrennung eines zweiten, gasförmigen Kraftstoffes als zweiten Kraftstoff, insbesondere komprimiertes Erdgas. Solche bivalenten Verbrennungskraftmaschinen sind grundsätzlich bekannt.
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Die Verbrennungskraftmaschine kann ein Ottomotor mit einem, zwei, drei, vier oder mehr Zylindern sein, wobei in jedem Zylinder ein Brennraum angeordnet ist. Dabei ist für jeden Brennraum, d. h. für jeden Zylinder, wenigstens ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des (ersten) Kraftstoffs (z. B. Benzin) und wenigstens ein Kraftstoffventil zum Zuführen eines (zweiten) Kraftstoffs (zum Beispiel komprimiertes Erdgas oder ebenfalls Benzin) vorgesehen. Wie oben ausgeführt, ist ein Kraftstoffinjektor ein Kraftstoffventil, das zum Beispiel elektromagnetisch oder piezoelektrisch betreibbar sein kann.
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Der grundsätzliche Aufbau von Verbrennungskraftmaschinen auch für den bivalenten Betrieb mit zwei unterschiedlichen Kraftstoffen, wie Benzin und komprimiertes Erdgas, ist grundsätzlich bekannt und muss hier nicht weiter erörtert werden. Gleiches gilt für den Aufbau und die Funktionsweise von Kraftstoffventilen, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind.
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Wie oben bereits erwähnt, sind Kraftstoffinjektoren teuer und der Austausch ist aufwändig, sodass ein unnötiger Austausch nach Möglichkeit vermieden werden sollte.
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Das Diagnoseverfahren umfasst als Schritt (a) das Analysieren der Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand (z. B. mit dem ersten Kraftstoff zur inneren Gemischbildung) und im zweiten Betriebszustand (z. B. mit dem zweiten Kraftstoff zur äußeren Gemischbildung). Dadurch wird (wenigstens) ein erster Laufunruhewert für den ersten Betriebszustand und (wenigstens) ein zweiter Laufunruhewerte für den zweiten Betriebszustand erhalten, wobei die Verbrennungskraftmaschine oberhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur betrieben wird. Die vorgegebene Betriebstemperatur entspricht dabei einer Betriebstemperatur, oberhalb derer die Verbrennungskraftmaschine einen „warmen” Zustand hat. Das heißt, die Verbrennungskraftmaschine wird so betrieben, dass sie in einem stabilen Betriebszustand ist und zum Beispiel eine Öltemperatur oder eine andere für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakteristische Temperatur nicht weiter ansteigt, sondern nahezu stabil oberhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur verbleibt. Die Verbrennungskraftmaschine kann dabei bei einer Leerlaufdrehzahl oder einer Drehzahl betrieben werden, die um einen vorgegebenen Wert oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt.
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Das Diagnoseverfahren umfasst weiter als Schritt (b) das Festlegen eines weiteren Analyseschrittes zum Erkennen eines Defekts des wenigstens einen Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Laufunruhewertes.
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Das Diagnoseverfahren macht sich folglich zunutze, dass die Laufunruhe bei einem Defekt eines Kraftstoffinjektors im ersten Betriebszustand stärker sein wird oder anders ausfallen wird, als die Laufunruhe im zweiten Betriebszustand, wenn zum Beispiel das Kraftstoffventil bzw. die Kraftstoffventile zum Zuführen des zweiten Kraftstoffs nicht defekt sind, da im ersten Betriebszustand (nur) die Kraftstoffinjektoren für die innere Gemischbildung verwendet werden, während im zweiten Betriebszustand nur die Kraftstoffventile zur äußeren Gemischbildung verwendet werden, während im zweiten Betriebszustand folglich die Kraftstoffinjektoren nicht verwendet werden. Außerdem macht sich das Diagnoseverfahren im Schritt (a) zunutze, dass sich viele Defekte von Kraftstoffinjektoren besonders bei der Betriebstemperatur einer Verbrennungskraftmaschine zeigen.
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Das Diagnoseverfahren wird typischerweise nicht durch ein Steuergerät, das die Verbrennungskraftmaschine steuert und typischerweise verschieden Diagnosefunktionen aufweist, ausgeführt, sondern wird „Off-Board”, das heißt außerhalb des Steuergeräts und zum Beispiel in einer Werkstatt durchgeführt. Das Diagnoseverfahren kann in einer Diagnoseeinrichtung ablaufen, wie sie weiter unten ausgeführt wird. Außerdem kann das Diagnoseverfahren auch Arbeitsanweisungen an einen Mechaniker oder einen anderen Servicemitarbeiter einer Werkstatt aufweisen.
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Das Bestimmen der Laufunruhe ist grundsätzlich bekannt und wird im Folgenden nur kurz erläutert. Die Laufunruhe kann als Basisgröße zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern der Verbrennungskraftmaschine bzw. an einzelnen Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine dienen. Die Laufunruheanalyse selbst kann aber auch als Diagnosefunktion in dem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein. Des Weiteren ist sie eine von der europäischen Union vorgeschriebene Diagnosefunktion und ist in der On-Board-Diagnose II (OBD II) ISO 15031 definiert. Ein Verbrennungsaussetzer ist typischerweise eine fehlende oder unvollständige Verbrennung. Als Ursachen für einen Verbrennungsaussetzer kommen zum Beispiel folgende Punkte in Frage: Fehler in der Zündung (kein Zündfunken, zu früh, zu spät, zu schwach), Fehler in der Kraftstoffzufuhr (zu viel, zu wenig, zu spät, inhomogen verteilt), Luftmangel und zu geringe Kompression auf dem Zylinder.
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Das Erkennen von Verbrennungsaussetzern durch die Analyse der Laufunruhe basiert bei manchen Ausführungsbeispielen auf der Auswirkung einer fehlenden oder schlechten Verbrennung. Ein Verbrennungsaussetzer bewirkt typischerweise einen Kraftverlust in einem Zylinder und führt entsprechend zu einem kurzzeitigen Einbruch des Motormoments (Moment der Verbrennungskraftmaschine). Daraus resultiert eine Verlangsamung der Drehbewegung der Kurbelwelle. Die so entstandene kurzzeitige Veränderung der Drehzahl lässt sich durch einen Kurbelwellensensor erfassen, der an einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angebracht ist und den Drehwinkel der Kurbelwelle erfasst. Mit diesem Signal des Kurbelwellensensors können für verschiedene Zustände und Aussetzerarten unterschiedliche Laufunruhesignale berechnet werden, die durch einen Vergleich mit zugehörigen Schwellwerten eine Entscheidung ermöglichen, ob ein Aussetzer vorliegt oder nicht. Auch dies ist grundsätzlich bekannt und die Laufunruheanalyse und die Erkennung der von Verbrennungsaussetzern für einzelne Zylinder kann als Diagnosefunktion in der Motorsteuerung bzw. dem Motorsteuergerät vorgesehen sein.
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Die Diagnosefunktion, die im Rahmen des Schrittes (a) verwendet wird, kann im Stillstand des Fahrzeugs angereizt werden, indem z. B. ein entsprechender Steuerbefehl an die Motorsteuerung gesendet wird, um die Leerlaufqualität der Verbrennungskraftmaschine zu bestimmen.
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Die Leerlaufqualität der Verbrennungskraftmaschine ist das Leerlaufverhalten eines Motors und kann durch eine schlechte Verbrennung stark beeinflusst werden.
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Der Schritt (a) des Diagnoseverfahrens kann das bereits erläuterte Laufunruheprinzip ausnutzen, um die Leerlaufqualität der Verbrennungskraftmaschine zu bestimmen, indem es zylinderselektive positive Laufunruhewerte der Verbrennungskraftmaschine über eine definierte Messzeit integriert.
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Die Integrale können bei einer betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand und im zweiten Betriebszustand ermittelt werden, wobei, wie oben erwähnt, der betriebswarme Zustand erreicht ist, wenn die Betriebstemperatur oberhalb eines vorgegebenen Betriebstemperaturwertes liegt. Wie später auch noch erläutert wird, können diese Laufunruhewerte und ihre Integrale auch in einer Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine im ersten bzw. zweiten Betriebszustand ermittelt werden, wobei die Warmlaufphase dadurch charakterisiert ist, dass die Betriebstemperatur unterhalb des vorgegebenen Betriebstemperaturwertes liegt.
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Das Starten der Diagnosefunktion der Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine in den unterschiedlichen Betriebsphasen erfolgt bei manchen Ausführungsbeispielen mittels einer Diagnoseeinrichtung, die z. B. als Tester ausgebildet ist, durch das Anreizen verschiedener der Grundeinstellungen der Motorsteuerung. Das Speichern der Diagnoseergebnisse kann in einem Speicher der Diagnoseeinrichtung oder direkt selbst in der Motorsteuerung erfolgen.
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Die Voraussetzung für den Ablauf der Funktion in der Warmlaufphase im Benzinbetrieb ist, dass sich, wie erwähnt, die Verbrennungskraftmaschine in einem vorgegebenen Betriebstemperaturbereich, insbesondere oberhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur befindet. Überschreitet die Verbrennungskraftmaschine innerhalb des Ausführens des Diagnoseverfahrens diesen Temperaturbereich, z. B. indem eine vorgegebenen maximale Betriebstemperatur überschritten wird, kann bei manchen Ausführungsbeispielen das Diagnoseverfahren stoppen und das ermittelte Ergebnis für die Laufunruhe kann verworfen werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Prüfphase immer die gleichen Randbedingungen aufweist.
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Es kann vor Beginn der Integration der Laufunruhesignale oder -werte überprüft werden, ob der angeforderte erste bzw. zweite Betriebszustand vorliegt, ansonsten wird er entsprechend angefordert. Außerdem kann eine Verzugszeit im Anschluss abgewartet werden, um ein Einschwingen des Laufunruhesignals zu ermöglichen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ferner, soweit vorhanden, eine Lambdaregelung gesperrt werden und eine Gemischadaption auf einen Initialwert gesetzt werden.
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Wird die vorgegebene Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine erreicht, wird mit dem Ausführen des Schrittes (a) begonnen und die Laufunruhewerte können bei manchen Ausführungsbeispielen jeweils für die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine aufintegriert werden. Die Messdauer der Integration kann vorgegeben werden und hängt von der speziellen Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ab.
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Die ermittelten Beträge der Integrale, die den ersten und den zweiten Laufunruhewert für den ersten bzw. zweiten Betriebszustand bilden, können bei manchen Ausführungsbeispielen auch in der Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine oder in der Diagnoseeinrichtung für die weitere Verarbeitung und die Auslese durch eine Diagnoseeinrichtung, z. B. einen Tester, gespeichert werden.
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Wird gemäß Schritt (a) die Laufunruhe für den ersten Betriebszustand analysiert, so kann bei manchen Ausführungsbeispielen zusätzlich das aktuelle Lambdasignal von einer Lambdasonde erfasst und abgespeichert werden. Das Lambdasignal kann außerdem durch einen Tiefpassfilter geglättet werden.
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Nach Beendigung des Schrittes (a) sind folglich ein erster Laufunruhewert und ein zweiter Laufunruhewert vorhanden, wobei der erste Laufunruhewert die Laufunruhe eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine während des ersten Betriebszustandes für eine vorgegebene Messdauer repräsentiert und der zweite Laufunruhewert die Laufunruhe des Zylinders während des zweiten Betriebszustandes für die vorgegebenen Messdauer repräsentiert. Bei mehreren Zylindern werden entsprechend jeweils zwei Laufunruhewerte für einen Zylinder bestimmt, sodass dann für jeden Zylinder ein erster Laufunruhewert für den ersten Betriebszustand vorhanden ist und ein zweiter Laufunruhewert für den zweiten Betriebszustand vorhanden ist.
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Wie oben erwähnt, wird im Schritt (b) ein weiterer Analyseschritt zum Erkennen eines Defekts des wenigstes einen Kraftstoffinjektors in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Laufunruhewertes festgelegt.
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Dazu können der erste und der zweite Laufunruhewert mit einem vorgegebenen gemeinsamen Schwellwert verglichen werden oder mit jeweils einem ersten und einem zweiten Schwellwert. Der Schwellwert kann spezifisch für die Verbrennungskraftmaschine sein und einen Grenzwert angeben, ab dem die Laufunruhe charakteristisch für eine Fehlfunktion sein kann.
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Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit der ermittelten Laufunruhewerte mehrere Szenarien zu definieren und entsprechende weitere Fehlersuchstrategien mit geeigneten Analysemitteln zur Verfügung zu stellen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen können bis zu fünf unterschiedliche Szenarien festgelegt werden. So kann z. B. bei einem ersten Szenario ein niedriger, das heißt ein unterhalb des Schwellwerts liegender, erster Laufunruhewert, der die Laufunruhe im Betrieb mit dem ersten Kraftstoff charakterisiert, und ein hoher, das heißt ein oberhalb des Schwellwerts liegender, zweiter Laufunruhewert, der die Laufunruhe im Betrieb mit dem zweiten Kraftstoff charakterisiert, ein Hinweis darauf sein, dass der Kraftstoffinjektor für den ersten Kraftstoff in Ordnung ist, aber das Kraftstoffventil für den zweiten Kraftstoff defekt ist.
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Sind bei einem zweiten Szenario der erste und der zweite Laufunruhewert hoch, das heißt oberhalb des Schwellwerts, so kann dies auf einen anderen Fehler, z. B. eine defekte Zündspule hinweisen, während der Kraftstoffinjektor in Ordnung ist.
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Sind hingegen bei einem dritten Szenario der erste und der zweite Laufunruhwert niedrig (unterhalb des Schwellwerts), aber ist zum Beispiel in einem Fehlerspeicher der Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine ein Fehler hinterlegt, der anzeigt, dass Verbrennungsaussetzer erkannt wurden (zum Beispiel im warmen oder kalten Betriebszustand), so können weitere Analyseschritte angeordnet werden, um die Kraftstoffinjektoren weiter zu untersuchen und womöglich einen defekten Kraftstoffinjektor zu ermitteln.
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Ist bei einem vierten Szenario der erste Laufunruhewert hoch und der zweite niedrig, so deutet dies auf einen Fehler eines Kraftstoffinjektors hin und es können weitere Analyseschritte folgen, um den oder die defekten Kraftstoffinjektoren zu ermitteln.
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In einem fünften Szenario kann zum Beispiel der erste Laufunruhewert undefiniert sein, das heißt er schwankt zum Beispiel, und der zweite Laufunruhewert kann niedrig sein, so kann auch hier ein Defekt, womöglich aller Kraftstoffinjektoren vorliegen und es werden weitere Analyseschritte entsprechend ausgewählt.
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Da bei den ersten beiden Szenarien ein Defekt eines Kraftstoffinjektors ausgeschlossen werden kann, liegt der Schwerpunkt der folgenden Beschreibung auch stärker auf den Szenarien drei bis fünf, bei denen ein defekter Kraftstoffinjektor vorhanden sein kann, der entsprechend durch eine weitere Analyse ermittelt werden soll.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst der weitere Analyseschritt das Ermitteln einer Gemischabweichung für den wenigstens einen Kraftstoffinjektor, das heißt es wird ermittelt, ob jeder Kraftstoffinjektor das vorgegebene Gemisch zwischen insbesondere dem ersten Kraftstoff und Luft bereitstellt. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Analyse der Gemischabweichung entsprechend nur für den ersten Betriebszustand durchgeführt, bei dem der bzw. die Kraftstoffinjektoren verwendet werden.
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Die Diagnosefunktion, die die Gemischabweichung feststellt kann bei manchen Ausführungsbeispielen auch in der Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine gespeichert sein, sie kann aber auch extern z. B. in einer Diagnoseeinrichtung oder dergleichen gespeichert sein.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Analyse der Gemischabweichung bei betriebswarmen Verbrennungskraftmaschine durchgeführt, das heißt die Betriebstemperatur liegt oberhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Analyse der Gemischabweichung folgende Grundzustände, die zum Beispiel von einem Zustandsautomaten durchgeführt werden:
Zustand 0: Es werden alle erforderlichen Betriebsbedingungen hergestellt und Freigabebedingungen für die weitere Analyse geprüft.
Zustand 1: In diesem Zustand wird geprüft, ob ein Zylinder eine auffällige Laufunruhe hat.
Zustand 2: Es wird ein Kraftstoffinjektor-Klemmtest durchgeführt, indem geprüft wird, ob eine Ansteuerung von diesem noch möglich ist
Zustand 3: Dieser Zustand führt eine Vorinitialisierung einer Gemischrampe durch.
Zustand 4: In diesem Zustand wird ein auffällig gewordener Zylinder in Abhängigkeit der Laufunruhe mittels einer Gemischrampe angefettet oder abgemagert.
Zustand 5: Dieser Zustand tritt ein, wenn ein Diagnoseergebnis ermittelt wurde oder Bedingungen vorliegen, die zu einem Funktionsabbruch führen.
Zustand 6: Dieser Zustand wird erreicht, wenn vorgegebenen Betriebsparameter, wie ein Raildruck oder eine Leerlaufdrehzahl nicht eingehalten werden. Dementsprechend wird die Analyse der Gemischabweichung unterbrochen und ein Neustart initialisiert.
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Diese Zustände sind natürlich nur beispielhaft und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Zustände beschränkt.
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Als Basiseingangssignale für die Analyse der Gemischabweichung können ein aktueller Lambda-Wert (λ-Wert) der Verbrennungskraftmaschine und das jeweilige Laufunruhesignal dienen. Diese beiden Signale können durch einen Tiefpassfilter für die weitere Verarbeitung geglättet werden. Der Lambda-Wert beschreibt die Luftzahl und ist dem Fachmann bekannt.
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Im Zustand 1 kann zuerst geprüft werden, ob die Laufunruhesignale aller Zylinder stabil sind. Ist dieses Stabilitätskriterium erfüllt, folgt eine Prüfung der Laufunruhewerte aller Zylinder. Wenn das Kriterium nicht erfüllt wurde, findet ein Abbruch der Diagnose statt. Liegt der Laufunruhewert des geprüften Zylinders unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes, wird die Diagnose mit dem Ergebnis „i. O.” für diesen Zylinder beendet und der nächste Zylinder wird geprüft. Liegt der Laufunruhewert oberhalb des Schwellwerts wird die Prüfschleife unterbrochen und der Kraftstoffinjektor des entsprechenden Zylinders wird weiter untersucht. Ist die Untersuchung des Zylinders abgeschlossen, wird die Suche fortgesetzt bis alle Zylinder geprüft sind. Sollten die Laufunruhewerte aller Zylinder unter dem Schwellwert liegen wird die Diagnose beendet.
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Mit dem Überschreiten eines vorgegebenen Laufunruheschwellwertes von einem Zylinder veranlasst der Zustandsautomat einen Wechsel von Zustand 1 in den Zustand 2. Im Zustand 2 kann der betreffende Kraftstoffinjektor weiter auf seine Funktionsfähigkeit untersucht werden, wobei hier überprüft wird, ob der Kraftstoffinjektor klemmt. Dazu kann zum Beispiel der Kraftstoffinjektor angewiesen werden, zwei unterschiedliche Einspritzmengen einzuspritzen und es wird jeweils der zugehörige Lambda-Wert der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Das Verhältnis der beiden Lambda-Werte kann zum Beispiel einen kleinen Wert ergeben, der unterhalb eines Schwellwerts liegt und entsprechend darauf hindeutet, dass der Kraftstoffinjektor klemmt.
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Andernfalls kann in den Zustand 3 gewechselt werden und mittels einer Gemischrampe der Kraftstoffinjektor eines Zylinders weiter untersucht werden. Eine Gemischrampe ist ein Vorgang bei dem die Einspritzmenge von einem Zylinder durch den zugehörigen Kraftstoffinjektor schrittweise erhöht (Anfetten) oder verringert wird (Abmagern). Dadurch kann das Drehmoment von einem Zylinder auf die Kurbelwelle angehoben oder verkleinert werden und hat somit einen Einfluss auf die Laufunruhe des Motors (der Verbrennungskraftmaschine). Die Höhe des Lambdawertes kann die Art der Gemischrampe bestimmen. Ist bspw. der Lambdawert λ < 1,0 wird zuerst eine Abmagerungsrampe generiert, während bei einem Lambdawert λ > 1,0 eine Anfettungsrampe erzeugt wird. Nachdem Festlegen der Art der Gemischrampe wird diese z. B. mit einem Faktor 1,0 initialisiert werden und es erfolgt ein Übergang in den Zustand 4.
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Im Zustand 4 wird die aktuelle Laufunruhe des zu prüfenden Zylinders kontinuierlich überwacht. Wenn der Zylinder auf die Gemischrampe reagiert, unterschreitet er nach einer bestimmten Zeit den einstellbaren und vorgegebenen Laufunruheschwellwert und es erfolgt als Diagnoseergebnis „Mehr- oder Mindermenge”. Im Anschluss folgt der Übergang vom Zustand 4 in den Zustand 5. Falls der Zylinder nicht auf die Art der Gemischrampe reagiert und die Laufunruhe sich verschlechtert, kann die Rampenrichtung umgeschaltet werden.
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Im Zustand 4 wird also die Laufunruhe im Zusammenhang mit der Gemischrampe analysiert. Steigen die Gemischrampe und die Laufunruhe an, so wird ab Übersteigen des Laufunruhewertes eines Schwellwertes angenommen, dass sich die Laufunruhe verschlechtert, was zu einer Änderung der Rampenrichtung führt. Die Rampenrichtung wird ebenfalls geändert, falls ein Maximalwert der Anreicherungsrampe oder ein Minimalwert der Abmagerungsrampe erreicht wird. Bevor die Rampenrichtung geändert wird, muss bei manchen Ausführungsbeispielen die neue Gemischrampe entsprechend der Zustände 3 und 4 initialisiert werden. Wird nach der Änderung der Richtung der Gemischrampe zum Beispiel festgestellt, dass der Laufunruhewert den Schwellwert unterschreitet, so liegt ein Diagnoseergebnis für den betreffenden Kraftstoffinjektor vor und es erfolgt der Übergang in den Zustand 5. Tritt trotz des Wechsels der Rampenrichtung keine Laufunruheverbesserung auf, kann die Diagnose mit dem Ergebnis „Zündung defekt” beendet werden.
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Damit eine stärkere Korrelation zwischen Gemischrampenergebnis und Laufunruhe besteht, kann im Zustand 4 weitere eine Plateauerkennung durchgeführt werden. Ein Plateau in der Laufunruhe kann entstehen, da trotz weiterer Anfettung/Abmagerung sich die Laufunruhe nicht weiter verändert. Ein Plateau wird anhand einer vorgegebenen zulässigen Differenz zwischen der aktuellen Laufunruhe und einer dazu gefilterten Laufunruhe erkannt. Die Eingangsgröße des gefilterten Laufunruhesignals ist das aktuelle Laufunruhesignal, welches durch einen Tiefpassfilter geglättet wird. Ist der Betrag der Differenz über eine definierte Verzugszeit kleiner als der vorgegebene Differenzwert, wird ein Plateau erkannt und die Gemischrampe beendet. Die Verzugszeit kann durch eine Kennlinie gebildet werden und kann von der Höhe der aktuellen Laufunruhe abhängig sein. Dabei kann die Kennlinie so gewählt werden, dass die Verzugszeit bei hoher Laufunruhe länger als bei niedriger ist, damit es bei einem Zylinder mit hoher Laufunruhe zu keinem vorzeitigen Ende der Gemischrampe kommt. Durch die Plateauerkennung kann der oben genannte Laufunruheschwellwert abgesenkt werden, z. B. von 1,5 auf 0,6, weil anhand der Erkennung festgestellt werden kann, wenn keine Reduzierung der Laufunruhe mehr vorliegt.
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Die oben beschriebenen Schritte können für jeden Zylinder und damit auch für jeden Kraftstoffinjektor der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. Aus der Gemischabweichung kann erkannt werden, welcher Kraftstoffinjektor defekt ist und ausgetauscht werden muss.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Ergebnis der Gemischabweichung direkt ausgegeben werden, damit bspw. ein Werkstattmitarbeiter anhand des Ergebnisses entscheiden kann, ob ein Kraftstoffinjektor defekt ist und getauscht werden muss oder nicht. Bei anderen Ausführungsbeispielen hingegen gibt das Diagnoseverfahren aus, ob und welcher Kraftstoffinjektor getauscht werden soll.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann vor dem Schritt (a) ermittelt werden, ob ein Verbrennungsaussetzer der Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand erkannt wurde. Wie oben ausgeführt, kann die Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine so ausgestaltet sein, dass sie regelmäßig überprüft, ob Verbrennungsaussetzer auftreten. Ist dies der Fall, wird ein entsprechender Fehlercode in dem Fehlerspeicher in der Motorsteuerung abgelegt, der später ausgelesen werden kann. Entsprechend kann außerdem auch ermittelt werden, ob ein Verbrennungsaussetzer der Verbrennungskraftmaschine oberhalb oder unterhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur erkannt wurde. Damit kann vor dem eigentlichen Start des Diagnoseverfahrens überprüft werden, ob möglicherweise ein Fehler bei einem Kraftstoffinjektor vorliegt. Außerdem kann diese Information bei manchen Ausführungsbeispielen ebenfalls zur Auswahl eines Analyseschrittes verwendet werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird ferner vor dem Schritt (a) überprüft, ob die Verbrennungskraftmaschine „diagnosefähig” ist. Damit ist gemeint, dass andere Ursachen für die Erkennung eines Verbrennungsaussetzers vorhanden sein können, wie zum Beispiel ein Fehler in der Lasterfassung, ein Defekt der Lambdasonde oder ein Defekt in der Mechanik, insbesondere in der Zylinderkopfdichtung oder des Zylinderkopfes selbst, die abgeprüft werden können, bevor die Kraftstoffinjektoren analysiert werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird in einem weiteren Analyseschritt die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand analysiert, wobei die Verbrennungskraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur betrieben wird. Dadurch können auch Defekte bei einem Kraftstoffinjektor erkannt werden, die in der sogenannten Warmlaufphase auftreten können. Die Warmlaufphase ist eine Phase, in der die Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine nicht erreicht ist, sondern die Verbrennungskraftmaschine wird zum Beispiel „kalt” gestartet und die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine wird, wie es oben im Zusammenhang mit dem Schritt (a) ausgeführt wurde, analysiert und dadurch wird ein Laufunruhewert (für jeden Zylinder mit Kraftstoffinjektor) ermittelt.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird diese Analyse nur durchgeführt wird, wenn im Schritt (b) festgestellt wird, dass der erste Laufunruhewert und der zweite Laufunruhewert unterhalb eines Schwellwerts liegen, was auch dem oben beschriebenen dritten Szenario entspricht.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird einem weiteren Schritt eine Gemischabweichung für den wenigstens einen Kraftstoffinjektor im ersten Betriebszustand ermittelt, wobei die Verbrennungskraftmaschine oberhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur betrieben werden kann. Diese kann insbesondere bei dem oben erklärten dritten und vierten Szenario erfolgen, um, wie oben erklärt, zylinderselektiv eine Fehlfunktion eines Kraftstoffinjektors herauszufinden.
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Dementsprechend kann bei manchen Ausführungsbeispielen in einem weiteren Schritt eine Gemischabweichung für den wenigstens einen Kraftstoffinjektor im ersten Betriebszustand ermittelt werden, wenn im Schritt (b) festgestellt wird, dass der erste Laufunruhewert oberhalb eines Schwellwerts liegt und der zweite Laufunruhewert unterhalb eines Schwellwerts liegt, was insbesondere dem oben erklärten vierten Szenario entspricht.
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Das oben ausgeführte Diagnoseverfahren kann auch als Computerprogramm implementiert und ausgeführt werden und es kann als Computerprogramm auf einem Datenträger gespeichert sein, sodass es, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, die oben beschriebenen Verfahrensschritte wenigstens teilweise auszuführen.
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Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Diagnoseeinrichtung zum Erkennen eines defekten Kraftstoffinjektors einer Verbrennungskraftmaschine, wie sie oben beschrieben wurde. Die Verbrennungskraftmaschine ist in einem ersten und einen zweiten Betriebszustand betreibbar, wie es oben ausgeführt wurde. Im ersten Betriebszustand ist die Verbrennungskraftmaschine mit einer inneren Gemischbildung eines Kraftstoffes, wie oben beschrieben, betreibbar und im zweiten Betriebszustand ist sie mit einer äußeren Gemischbildung eines Kraftstoffes, wie oben beschrieben, betreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Kraftstoffinjektor zum Erzeugen der inneren Gemischbildung in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine auf und wenigstens ein Kraftstoffventil zum Erzeugen der äußeren Gemischbildung außerhalb des Brennraums der Verbrennungskraftmaschine, wie es oben beschrieben wurde. Die Diagnoseeinrichtung weist außerdem einen Mikroprozessor auf, der dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren wenigstens teilweise auszuführen. Die Diagnoseeinrichtung kann ferner einen Speicher, insbesondere einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher, aufweisen und eine Schnittstelle, mit der die Diagnoseeinrichtung zum Beispiel mit der Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine verbunden werden kann. Außerdem kann die Diagnoseeinrichtung eine Anzeige aufweisen, in der Anweisungen an einen Werkstattmitarbeiter und/der Messwerte ausgegeben werden.
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Manche Ausführungsbeispiele betreffen auch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, wie oben beschrieben, und mit einer Diagnoseeinrichtung, wie oben beschrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
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1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Diagnoseverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 schematisch einen Verfahrensschritt des Diagnoseverfahrens von 1 im Detail veranschaulicht; und
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3 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Diagnoseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Diagnoseverfahrens 1 ist in 1 veranschaulicht. Im Folgenden wird angenommen, dass die Verbrennungskraftmaschine ein Ottomotor ist, der mit Benzin und mit komprimierten Erdgas betreibbar ist, ohne die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken. Das heißt der erste Betriebszustand entspricht ohne Beschränkung der Allgemeinheit dem Benzinbetrieb und der zweite Betriebszustande dem Gasbetrieb. Außerdem wird angenommen, dass der Ottomotor vier Zylinder hat, wobei in jedem Zylinder ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Benzin angeordnet ist und ein Gasventil, um das Erdgas einzuführen. Der Ottomotor verbrennt im Benzinbetrieb Benzin und im Gasbetrieb Erdgas.
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Das im Folgenden beschriebene Diagnoseverfahren 1 ist als sogenannte „Offboard-Diagnose” ausgestaltet, die nicht in einem Motorsteuergerät des Ottomotors abläuft, sondern extern auf einer Diagnoseeinrichtung 40, wie sie weiter unten im Zusammenhang mit 3 erläutert wird.
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Ziel des Diagnoseverfahrens 1 ist es, wie oben auch schon ausgeführt wurde, mechanisch defekte Kraftstoffinjektoren zu erkennen, die Probleme bei der Verbrennung des Ottomotors verursachen und entsprechend auch darauf hinzuweisen, wenn es unwahrscheinlich ist, dass ein Kraftstoffinjektor defekt ist.
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Das Verfahren startet bei 2, wobei angenommen wird, dass beispielsweise ein Nutzer des Fahrzeugs, in dem der Ottomotor angeordnet ist, in die Werkstatt kommt, da bspw. eine Warnleuchte anzeigt, dass ein Fehler bei der Einspritzanlage vorliegt oder weil er eine Laufunruhe beim Ottomotor seines Fahrzeugs bemerkt. Dabei kann zum Beispiel ein Fehlerspeichereintrag in einem Motorsteuergerät des Ottomotors vorliegen, der angibt, dass Verbrennungsaussetzer erkannt wurden. Dieser Fehlerspeichereintrag kann aber typischerweise nicht unterscheiden, ob diese Verbrennungsaussetzer durch einen Kraftstoffzufuhrfehler, eine Zündungsfehler oder einen mechanischen Fehler hervorgerufen wurden.
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Zunächst wird entsprechend bei 3 überprüft, ob ein Systemfehler vorliegt, das heißt, ob die Onboard-Diagnose, die in dem Motorsteuergerät des Ottomotors abläuft, einen Verbrennungsaussetzer im Benzinbetrieb erkannt hat und einen entsprechenden Fehlercode im Fehlerspeicher abgelegt hat. Es wird der Fehlerspeicher ausgelesen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Fehlercodes für die Verbrennungsaussetzung behandelt werden, nämlich einen Fehlercode „FC = A”, bei dem ein Verbrennungsaussetzer im kalten Betriebszustand vorliegt, das heißt bei einer Betriebstemperatur des Motors von unter 70°C; einen Fehlercode „FC = B”, bei dem ein Verbrennungsaussetzer im warmen Betriebszustand vorliegt, das heißt bei einer Betriebstemperatur des Motors von über 70°C und einen Fehlercode „FC = C”, bei dem die Onboard-Diagnose einen Gemischfehler festgestellt hat. Die Fehlercodes können zylinderspezifisch sein, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, oder nicht zylinderspezifisch.
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Als Nächstes wird bei 4 die Diagnosefähigkeit des Motors geprüft. Die Überprüfung der Diagnosefähigkeit dient dazu, herauszufinden, ob nicht ein Grund für die Verbrennungsaussetzer vorliegt, der nicht in einer Fehlfunktion eines Kraftstoffinjektors begründet ist, sondern lediglich ein Folgefehler eines anderen Defekts eines anderen Bauteils ist. Solche Defekte müssen zunächst ausgeschlossen und beseitigt werden, damit die unten beschriebene Fehlersuche nach fehlerhaften Kraftstoffinjektoren fortgeführt werden kann. 2 zeigt im Detail die Überprüfung der Diagnosefähigkeit. Es wird bei 20 der Fehlerspeicher ausgelesen, um festzustellen, ob neben einem erkannten Verbrennungsaussetzer noch weitere Fehler vorliegen. Bei 21 werden die Fehlercodes geprüft und je nach erkanntem Fehler wird bei 22 eine Reparatur über eine geführte Fehlersuche „GFS” durchgeführt, wie sie auch weiter unten für die Kraftstoffinjektoren beschrieben wird. Bei 23 wird die Lasterfassung überprüft, und falls bei 24 erkannt wird, dass ein Fehler vorliegt, wenn z. B. ein Lasterfassungswert oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt, wird bei 25 empfohlen, die Saugseite nach der Reparaturangabe z. B. über eine geführte Fehlersuche abzudrücken. Bei 26 wird die Lambdasonde des Motors überprüft, und bei 27 auf vorhandene Fehler überprüft und bei 28 empfohlen, die Lambdasonde zu tauschen, falls die Lambdasonde defekt sein sollte. Schließlich wird bei 29 noch die Mechanik überprüft, die bei 30 insbesondere eine Überprüfung der Kompression der Zylinder und der Dichtigkeit der Zylinderköpfe umfasst, wobei bei Vorliegen eines Fehlers bei 31 der Tausch eines Zylinderkopfes empfohlen wird.
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Im Folgenden wird angenommen, dass der Motor entsprechend diagnosefähig ist und das Diagnoseverfahren 1 schreitet weiter fort. Dadurch dass die Diagnosefähigkeit des Motors sichergestellt wird, können negative Einflüsse auf die Erkennung eines Defekts eines Kraftstoffinjektors vermieden werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird noch aus dem Motorsteuergerät ein Wert für multiplikative Gemischadaption ausgelesen, da diese ein Indikator für Kraftstoffinjektoren mit hoher Mindermenge bei langen Einspritzzeiten sein kann und somit für das Diagnoseverfahren bei manchen Ausführungsbeispielen beachtet werden muss. Ist dieser Wert zum Beispiel größer als ein definierter Schwellwert, der größer als 1,0 sein kann, bei manchen Ausführungsbeispielen, kann dies bedeuteten, dass die Kraftstoffinjektoren in einem oberen Last- und Drehzahlbereich eine Mindermenge aufweisen.
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Im nächsten Schritt wird bei 5 mit der Integration der Laufunruhe bei einem warmen Motor mit einer Motortemperatur von 80°C und einer gesperrten Lambdaregelung begonnen. Die Lambdaregelung kann bei manchen Ausführungsbeispielen gesperrt werden, da diese sonst gegen eine im Schritt 5 vorliegende Mindermenge bei der Kraftstoffzufuhr regeln würde. Außerdem kann die Gemischadaption (s. o.) auf einen Initialwert gesetzt werden. Die vorgegebene Betriebstemperatur liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei 70°C, wie auch schon oben angedeutet wurde.
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Die Analyse der Laufunruhe wird wie oben im Detail für Schritt (a) beschrieben durchgeführt. Die Werkstatt kann mit der Untersuchung der Leerlaufqualität im Gasbetrieb beginnen, indem die Laufunruhewerte für ein vorgegebenes Messintervall aufintegriert werden und wodurch ein Laufunruhewert „LG” für jeden Zylinder erhalten wird (es gibt folglich vier Laufunruhewerte „LG”). Nach der Beendigung der Untersuchung werden die Ergebnisse der Werkstatt zu Verfügung gestellt. Im Anschluss werden die Laufunruhewerte der Zylinder im Benzinbetrieb integriert und es werden vier Integralwerte „LB” erhalten, nämlich für jeden Zylinder einen. Mit dem Abschließen der Integration werden die Ergebnisse abgespeichert. Des Weiteren wird bei dieser Messung der aktuelle Lambdawert des Motors erfasst und ebenfalls abgelegt. Wie bereits ausgeführt, können die Werte im Speicher des Motorsteuergeräts und/oder im Speicher der Diagnoseeinrichtung gespeichert werden.
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Aus diesen gesammelten Ergebnissen lassen sich fünf weitere Anweisungen für die Werkstatt generieren.
- 1. Die Integration der Laufunruhe ergab einen bzw. mehrere hohe Werte „LG” im Gasbetrieb (LG > S, wobei S ein vorgegebener Schwellwert ist, wie es oben bereits erläutert wurde) und niedrige Laufunruhewerte „LB” im Benzinbetrieb (LB < S). Daraus resultiert, dass ein Fehler auf der Benzinseite ausgeschlossen werden kann und die Werkstatt die Fehlerursache auf der Gasseite lokalisieren muss. Dementsprechend kann bei 7 ein Hinweis ausgegeben werden, dass ein Gasinjektor defekt sein kann und bei 13 wird kein Tausch eines Kraftstoffinjektors empfohlen.
- 2. Sind die Beträge der Laufunruheintegrale im Gas- und Benzinbetrieb hoch (LB > S und LG > S), bedeutet dies, dass ein Fehler vorliegt, der beide Betriebsarten beeinflusst. Aufgrund dieser Tatsache wird bei 8 ein Hinweis ausgegeben, dass die Werkstatt die Zündung oder Motormechanik prüft und bei 14 wird kein Tausch eines Kraftstoffinjektors empfohlen.
- 3. Im Fehlerspeicher ist wenigstens ein Verbrennungsaussetzer bei einer Motortemperatur bis 70°C abgelegt („FC = A”), das heißt bei einer Temperatur unterhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur von 70°C. Die ausgegebenen Integralwerte sind im Gas- und Benzinbetrieb niedrig, das heißt LB < S und LG < S. Hier sind weitere Prüfschritte von der Werkstatt erforderlich, die weiter unten beschrieben werden.
- 4. Verbrennungsaussetzer wurden bei einer Motortemperatur größer als 70°C im Fehlerspeicher hinterlegt („FC = B”). Der Betrag des Integrals im Benzinbetrieb ist hoch, das heißt LB > S, und im Gasbetrieb niedrig, das heißt LG < S. Weitere Prüfungen durch die Werkstatt sind hier notwendig, die weiter unten beschrieben werden.
- 5. Der Fehlerspeicher weißt auf einen Gemischfehler hin („FC = C”). Die Integrale im Gasbetrieb sind niedrig, das heißt LG < S und im Benzinbetrieb schwankend („LB <, > S), was bedeutet, dass die Ergebnisse LB einen hohen oder niedrigen Betrag aufweisen können. Des Weiteren ist der gemessene Lambdawert zum Beispiel im Benzinbetrieb größer als ein vorgegebener Schwellwert, der in einem mageren oder stark mageren Bereich liegen kann und entsprechend größer als 1,0 sein kann.
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Aus den Anweisungen geht hervor, dass nur die Punkte 3 bis 5 die Kraftstoffinjektoren betreffen, weswegen im Folgenden nur näher auf die Punkte 3 bis 5 eingegangen wird.
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Im Falle des Punktes 3 (siehe auch oben „drittes Szenario”), wird bei Schritt 9 die Gasabweichung im Benzinbetrieb bei warmen Motor ermittelt. Die ermittelte Gemischabweichung wird innerhalb des Diagnoseverfahrens abgespeichert, da später bei Schritt 12 noch eine Integration der Laufunruhe in der Warmlaufphase nötig ist, um eine zielführende Reparatur zu ermöglichen. Da die Gemischabweichung bei einem warmen Motor, das heißt bei einer Motortemperatur von z. B. 80°C durchgeführt wird, muss vor Durchführen Analyse der Laufunruhe im Schritt 12 der Motor auf z. B. 50°C abkühlen, ehe die Analyse der Laufunruhe durchgeführt werden kann. Hierfür ist eine Abkühlzeit des Motors von ca. 6 Stunden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel notwendig. Nachdem der Motor auf die entsprechende Temperatur unterhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur von 70°C abgekühlt wurde, z. B. unterhalb von 50°C, kann bei 12 die Analyse der Laufunruhe im Benzinbetrieb durchgeführt werden und es wird mit der Integration der Laufunruhesignale in der Warmlaufphase begonnen werden. Durch die Kombination der Ergebnisse aus der Bestimmung der Gemischabweichung bei Schritt 9 für die einzelnen Kraftstoffinjektoren und den Ergebnissen aus der Analyse der Laufunruhe und den erhalten Laufunruheintegralwerten bei Schritt 12 ist eine gezielte Detektion von defekten Kraftstoffinjektoren möglich und bei 15 kann der Werkstatt der entsprechende Kraftstoffinjektor, der defekt ist, genannt werden, bzw. die Werkstatt kann diesen aus den ermittelten und ausgegebenen Werten selbst bestimmen.
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Aufgrund der hohen Laufunruhe bei Verbrennungsaussetzern, die bei einer Motortemperatur von größer 70°C im Fehlerspeicher abgelegt sind („FC = B”), wird im Punkt 4, der dem oben erörterten „vierten Szenario” entspricht zur Detektion von defekten Kraftstoffinjektoren nur die Gemischabweichung, die bei Schritt 10 durchgeführt wird, benötigt. Dadurch kann auch hier die zielgerichtete Reparatur einzelner Kraftstoffinjektoren erfolgen (wie bei Schritt 16 angegeben).
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Defekte Kraftstoffinjektoren, die nicht durch die Ermittlung der Gemischabweichung erkannt werden können, werden durch den Punkt 5 abgedeckt, der dem oben erläuterten „fünften Szenario” entspricht. Anhand des Fehlercodes („FC = C”), dem oben ausgelesenen Gemischadaptionswert und dem gemessen Lambdawert des Motors im Leerlauf kann im Rahmen eines Diagnoseschrittes 11 auf defekte Kraftstoffinjektoren zurückgeschlossen werden und die Werkstatt muss in diesem Fall alle vier Kraftstoffinjektoren, wie im Schritt 17 angegeben, wechseln.
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Durch diese Fehlersuchstrategie des oben gezeigten Diagnoseverfahrens 1 kann aufgrund der eingebunden Diagnosefunktionen auf den Quertausch von Bauteilen, wie es teilweise im Stand der Technik erforderlich ist, verzichtet werden. Des Weiteren kann der Verlauf der Reparatur im Rahmen eines Diagnoseprotokolls dokumentiert und versendet werden, ohne dass die Werkstatt Eingaben zu benötigten Messgrößen machen muss. Dadurch kann die spätere Überwachung auf Wirksamkeit des Diagnoseverfahrens nachvollzogen werden. Durch die Kombination mehrerer Indizien und den Diagnoseergebnissen. der Analyse der Laufunruhe und der beschriebenen Ermittlung der Gemischabweichung (siehe Schritte 9, 10 und 12 bzw. siehe Erläuterungen oben zu Schritt (a) und zur Gemischabweichungsermittlung) kann eine eindeutige Aussage getroffen werden, welcher Kraftstoffinjektor defekt ist. Durch diese systemgeführte Fehlersuche des Diagnoseverfahrens 1 ist die Werkstatt folglich in der Lage, eine zielgerechte Reparatur eines Kraftstoffinjektors durchzuführen.
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Die hier erläuterte Fehlersuchstrategie des Diagnoseverfahrens beruht teilweise auf den geforderten Fehlerspeichereinträgen und ist somit fehlercodeorientiert. Bei anderen Ausführungsbeispielen können Schwellwerte an ein symptombedingtes Verhalten des Motors angepasst werden und somit sind bei manchen Ausführungsbeispielen die Fehlerspeichereinträge nicht notwendig.
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3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Diagnoseeinrichtung 40, auch Tester genannt. Die Diagnoseeinrichtung 40 hat einen Mikroprozessor 41, eine Schnittstelle 42 und eine Anzeige 43. Außerdem ist ein Speicher 44 enthalten, in dem ein Programm gespeichert ist, das den Mikroprozessor 41 dazu veranlasst, das oben beschriebene Verfahren wenigstens teilweise auszuführen. In dem Speicher 44 können auch Messwerte, wie die Laufunruhewerte LB und LG gespeichert sein, usw. Der Speicher 44 kann als flüchtiger und/oder nichtflüchtiger Speicher ausgestaltet sein. Die Schnittstelle 42 dient dazu, die Diagnoseeinrichtung 40 mit einem Motorsteuergerät zu verbinden, um von dort Daten, wie Fehlercodes, abzurufen und Diagnosefunktionen und andere Funktionen aufzurufen und entsprechend das oben ausgeführte Diagnoseverfahren 1 auszuführen. Insbesondere bei Analyse der Laufunruhe und bei der Ermittlung der Gemischabweichung können Steuerbefehle an das Motorsteuergerät über die Schnittstelle 42 gesendet werden. Die Anzeige 43 dient dazu, entsprechende Hinweise und ermittelte Werte auszugeben, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Diagnoseverfahren 1 beschrieben wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Diagnoseverfahren
- 2
- Start
- 3
- Prüfe Verbrennungsaussetzer
- 4
- Prüfe Diagnosefähigkeit
- 5
- Analysiere Laufunruhe
- 6
- Lege nächsten Analyseschritt fest
- 7
- Hinweis Gasinjektor
- 8
- Hinweis Zündspule
- 9
- Ermittle Gemischabweichung
- 10
- Ermittle Gemischabweichung
- 11
- Weitere Diagnose
- 12
- Analysiere Laufunruhe
- 13, 14
- Kein Tausch
- 15, 16
- Selektiver Tausch
- 17
- Alle Tauschen
- 20
- Fehlerspeicher auslesen
- 21
- Fehlercodes prüfen
- 22
- Reparatur über GFS
- 23
- Lasterfassung
- 24
- Fehler vorhanden?
- 25
- Saugseite abdrücken
- 26
- Lambdasonde
- 27
- Fehler vorhanden?
- 28
- Sonde Tauschen
- 29
- Mechanik
- 30
- Kompression, Dichtigkeit
- 31
- Zylinderkopf tauschen
- 40
- Diagnoseeinrichtung
- 41
- Mikroprozessor
- 42
- Schnittstelle
- 43
- Anzeige
- 44
- Speicher
