DE102015206912A1

DE102015206912A1 - Verfahren und Steuervorrichtung zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015206912A1
Application number: DE102015206912.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Detterbeck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: DE102015206912B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mittels einer Lambda-Sonde und mittels einer elektronischen Steuereinheit. Die Steuereinheit enthält ein entsprechend programmiertes Funktionsmoduls, mit dem während mindestens eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck in der den mindestens einen Injektor versorgenden Kraftstoffzumessvorrichtung (Common Rail) von einem Betriebsnormalniveau auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau geregelt wird. Anschließend wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und schließlich wird nach einer vorgegebenen Zeit ein erster Lambda-Wert ermittelt und abgespeichert. Vorher oder nachher wird während mindestens eines weiteren Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck in der Kraftstoffzumessvorrichtung vom Betriebsnormalniveau auf ein vorgegebenes oberes Druckniveau geregelt. Anschließend wird wieder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit ein zweiter Lambda-Wert ermittelt und abgespeichert. Eine Leckage wird erkannt, wenn die Differenz des ersten Lambda-Wertes und des zweiten Lambda-Wertes eine vorgegebene Mindestschwelle überschreitet. Vorzugsweise werden der erste Lambda-Wert und der zweite Lambda-Wert hintereinander oder abwechselnd in beliebiger Reihenfolge jeweils über mehrere Schubbetriebe ermittelt und jeweils als Mittelwerte abgespeichert, um eine noch eindeutigere Fehlererkennung zu erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug.
Derartige Verfahren und Steuervorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 196 20 038 A1 , der DE 10 2008 042 605 A1 und der DE 10 2009 026 848 A1 bekannt.
Gemäß der DE 196 20 038 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Common-Rail-Systems, beschrieben, bei dem ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird, wenn ein Signal eines Sensors, der die Abgaszusammensetzung erfasst (also z. B. einer Lambdasonde), von einem vorgebbaren Wert abweicht. Dieser Fehler wird erkannt, wenn eine durch einen klemmenden oder leckenden Injektor erhöhte Einspritzmenge vorliegt. Die Soll-Abgaszusammensetzung wird abhängig von verschiedenen Betriebsparametern, wie beispielsweise der Soll-Kraftstoffmenge und der Drehzahl, ausgewertet.
Gemäß der DE 10 2008 042 605 A1 wird gleichzeitig die Funktionstüchtigkeit einer Lambdasonde und eines Einspritzventils überprüft.
Gemäß der DE 10 2009 026 848 A1 wird mindestens ein Injektor bei mindestens zwei unterschiedlichen Werten eines Raildrucks betrieben und dessen Kraftstoffbedarf im Leerlauf des Motors gemessen. Die Leckage wird durch eine Änderung des Leerlaufbedarfs bei einer Änderung des Raildrucks detektiert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren eingangs genannter Art im Hinblick auf Ihre Eindeutigkeit der Fehlererkennung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mittels einer Lambda-Sonde und mittels einer elektronischen Steuereinheit. Die Steuereinheit enthält ein entsprechend programmiertes Funktionsmoduls, mit dem während mindestens eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck in der den mindestens einen Injektor versorgenden Kraftstoffzumessvorrichtung (Common Rail) von einem Betriebsnormalniveau auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau geregelt wird. Anschließend wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und schließlich wird nach einer vorgegebenen Zeit ein erster Lambda-Wert ermittelt und abgespeichert. Vorher oder nachher wird während mindestens eines weiteren Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck in der Kraftstoffzumessvorrichtung vom Betriebsnormalniveau auf ein vorgegebenes oberes Druckniveau geregelt. Anschließend wird wieder die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit ein zweiter Lambda-Wert ermittelt und abgespeichert. Eine Leckage wird erkannt, wenn die Differenz des ersten Lambda-Wertes und des zweiten Lambda-Wertes eine vorgegebene Mindestschwelle überschreitet.
Vorzugsweise werden der erste Lambda-Wert und der zweite Lambda-Wert hintereinander oder abwechselnd in beliebiger Reihenfolge jeweils über mehrere (viele) Schubbetriebe ermittelt und jeweils als Mittelwerte abgespeichert, um eine noch eindeutigere Fehlererkennung zu erhalten.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Die Lambda Sonde (λ-Sonde) ist ein Sensor, der in einem Verbrennungsabgas den jeweiligen Restsauerstoffgehalt misst, um daraus das Verhältnis von Verbrennungsluft zu Kraftstoff einstellen zu können. Das Motormanagement benötigt diesen Sensor zur Regelung der Gemischzusammensetzung. Durch die Lambda Sonde kann erkannt werden, ob das Gemisch zu fett oder zu mager ist (ein zu fettes Gemisch enthält zu viel Kraftstoff, ein zu mageres Gemisch enthält zu wenig Kraftstoff). Die Lambda-Sonde misst dazu ständig den Sauerstoffanteil im Abgas. Dieser an sich bekannte Sensor wird beim erfindungsgemäßen Verfahren multifunktional zur Fehlererkennung verwendet.
Nach einer bestimmten Motorlaufzeit kann es vorkommen, dass Injektoren eine reduzierte Dichtigkeit (Leckage) aufweisen. Während des Motorbetriebs sind Injektoren bis zu einer bestimmten Undichtigkeit nicht auffällig, jedoch kann sich das Emissionsergebnis durch verschiedene Effekte verschlechtern. Wird beispielsweise der Motor abgestellt, wobei immer noch ein bestimmter Raildruck (Druck im Kraftstoffzumesssystem, auch „Commom Rail” genannt) anliegt, kann der Kraftstoff durch die undichten Injektoren in den Brennraum des Motors einlaufen und beim darauffolgenden Motorstart unverbrannt ausgestoßen werden. Mit den bekannten OBD-Funktionen kann der mit dem obigen Effekt verbundene Emissionsanstieg nicht detektiert werden.
Auch eine Druckhalteprüfung durch den Raildrucksensor gibt keinen eindeutigen Hinweis darauf, ob die Injektoren dicht sind. Eine Druckhalteprüfung im Rail kann durch den Railsensor zwar erfolgen, allerdings kann ein Druckabfall im Rail sowohl durch undichte Injektoren als auch durch ein undichtes Rückschlagventil in der Hochdruckpumpe auftreten. Daher kann damit keine eindeutige Aussage gemacht werden, ob die Injektoren dicht oder undicht sind.
Sobald der Fahrer vom Fahrpedal geht und sich das Fahrzeug im Schubbetrieb befindet, wird üblicherweise die Einspritzung nach kurzer Zeit abgeschaltet. Durch die Lambda-Sonde kann nun geprüft werden, ob zu viel Sauerstoff im Abgastrakt auftritt.
Grundsätzlich geht man bei einem Motor von einer gewissen „Grundleckage” aus, die durch Kraftstoff im Öl oder ein undichtes Tankentlüftungsventil (etc.) entstehen kann. Diese „Leckage” ist raildruckunabhängig. Die Leckage der Injektoren ist jedoch raildruckabhängig.
Deshalb wird erfindungsgemäß die Injektorleckage auf mindestens zwei unterschiedlichen Druckniveaus im Common Rail während eines Schubbetriebs mit Kraftstoffabschaltung geprüft. Dazu ist die Spreizung der unterschiedlichen Druckniveaus so groß wie möglich zu wählen. Die Lambda-Sonde detektiert dabei für beide Druckniveaus den Sauerstoffgehalt im Abgas als Maß für die Dichtigkeit bzw. die Leckage.
Wenn bei den unterschiedlichen Druckniveaus jeweils gleich viel Sauerstoff (magerer Lambda-Wert) gemessen wird, kann man davon ausgehen, dass die Injektoren dicht sind. Der Vorgang wird vorzugsweise über lange Zeit gemittelt. Erreicht der Lambda-Wert bei einem oberen Druckniveau einen anderen Wert als bei einem niedrigen Druckniveau, kann andernfalls davon ausgegangen werden, dass die Injektoren (bzw. mindestens einer der Injektoren) undicht sind.
Mit dieser Erfindung wird also die Gefahr eines unverbrannten Kraftstoffs im Abgastrakt durch das Abschalten der Kraftstoffzufuhr und die Messung von Restsauerstoffgehalten erkannt.
Durch die Erfindung können die Ursachen von Undichtigkeit im Hochdrucksystem eindeutig detektiert werden und gezielte Maßnahmen (wie Reparatur, Austausch der Injektoren, Korrekturregelgrößenadaption etc.) getroffen werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
1 ein Benzin-Direkteinspritz-System mit den für die Erfindung wesentlichen Komponenten und
2 eine Diagramm-Übersicht mit den Verläufen der für die Erfindung wesentlichen Parametern.
In 1 ist schematisch ein an sich bekanntes Direkteinspritz-System, bestehend aus einer elektronischen Brennkraftmaschinen-Steuereinheit 1, den von der Steuereinheit 1 ansteuerbaren Einspritzventilen 2, einer auch als „Common Rail” bekannten Kraftstoffzumessvorrichtung 3, einem mit der Steuereinheit 1 verbundenen Raildruck-Sensor 4, einem von der Steuereinheit 1 ansteuerbaren Drucksteuerventil 5, einer Hochdruckpumpe 6 (z. B. p_max ca. 100 bar) und einer Elektrokraftstoffpumpe 7, dargestellt.
Die Steuereinheit 1 ist mit einem Lambda-Sensor 9 und einem Fahrpedalgeber 10 verbunden. Über den Fahrpedalgeber 10 ist von der Steuereinheit 1 erkennbar, wenn der Fahrer das Fahrpedal losgelassen hat. Dies ist das Signal für den Beginn eines sogenannten Schubbetriebs. Zu Beginn eines Schubbetriebs liegt zunächst ein noch befeuerter Schubbetrieb S vor, der bei längerem Verlassen des Fahrpedals in einen unbefeuerten Schubbetrieb SA übergeht. Im unbefeuerten Schubbetrieb SA wird der Kraftstoff abgeschaltet. In diesem Zusammenhang wird nun auf die 2 übergegangen.
In 2 sind in der Mitte schematisch Verläufe des befeuerten Schubbetriebs S und des unbefeuerten Schubbetriebs SA dargestellt. In 2 unten sind Verläufe der durch den Lambda-Sensor 9 erfassten Lambda-Werte λ dargestellt. In 2 oben sind Druckwerte p des Drucks in der Kraftstoffzumessvorrichtung 3 dargestellt, wobei der Druck über das Drucksteuerventil 5 von der Steuereinheit 1 einstellbar ist.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Steuereinheit 1 ein Funktionsmodul 8 (1), das vorzugsweise als entsprechend programmiertes Softwaremodul ausgestaltet ist:
In einer ersten Phase wird gemäß 2 während eines ersten zunächst noch befeuerten Schubbetriebs S der Druck p in der Kraftstoffzumessvorrichtung 3 von einem applizierten Betriebsnormalniveau p0 auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau p1 reduziert. Sobald das untere Druckniveau p1 erreicht ist, wird in den unbefeuerten Schubbetrieb SA übergegangen, wobei die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. Der Lambda-Sensor 9 wird nun im Unterschied zum Stand der Technik nicht zur Gemischberechnung, sondern nur zur Messung des Sauerstoffgehalts verwendet. Vorzugsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit Δt, in der das untere Druckniveau p1 beibehalten wird, wird ein erster Lambda-Wert λ1 gemessen und abgespeichert. Diese Vorgehensweise kann für mehrere bzw. viele Schubbetriebsphasen durchgeführt werden, wobei der erste Lambda-Wert λ1 ein zunehmend gemittelter Wert sein kann, wodurch Streuungen durch andere Einflüsse noch besser eliminiert werden. Die Rückstellung des Druckes von p1 auf p0 kann entweder am Ende des Schubbetriebs SA (durchgezogene Linie) oder am Ende des Zeitfensters Δt nach der Messung des ersten Lambda-Wertes λ1 (gestrichelter Verlauf) vorgenommen werden.
Dieselbe Vorgehensweise wird nochmal durchgeführt, mit dem Unterschied, dass anstelle des unteren Druckniveaus p1 ein oberes Druckniveau p2 eingestellt wird. Der Druckabbau ist nur während der Einspritzung möglich.
Die Messfenster müssen grundsätzlich nicht zwingend mit Beginn des Schubbetriebs SA starten.
Die Differenz zwischen dem unteren Druckniveaus p1 und dem oberen Druckniveau p2 wird vorzugsweise möglichst groß gewählt. Die Erfindung umfasst auch eine andere Reihenfolge der Messungen im Hinblick auf das Einstellen des unteren Druckniveaus p1 und des oberen Druckniveaus p2. Auch können noch andere obere und untere Druckniveaus eingestellt werden und dazugehörige Lambda-Werte ermittelt werden. Im Ergebnis soll eine Differenz d λ zwischen einem ersten Lambda-Wert und einem zweiten Lambda-Wert bei sich wesentlich unterscheidenen Rail-Druckwerten im Schubbetrieb bei abgeschaltetem Kraftstoff gebildet werden. Liegt diese Differenz oberhalb einer vorgegebenen Mindestschwelle wird eine Leckage erkannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19620038 A1 [0002, 0003]
DE 102008042605 A1 [0002, 0004]
DE 102009026848 A1 [0002, 0005]

Claims

Verfahren zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors (2) einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mittels einer Lambda-Sonde (9) und mittels einer elektronischen Steuereinheit (1), wobei mittels eines Funktionsmoduls (8) der Steuereinheit (1) – während mindestens eines Schubbetriebs (S; SA) der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der den mindestens einen Injektor (2) versorgenden Kraftstoffzumessvorrichtung (3) von einem Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau (p1) geregelt wird, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein erster Lambda-Wert (λ1) abgespeichert wird und – während mindestens eines weiteren Schubbetriebs (S; SA) der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der Kraftstoffzumessvorrichtung (3) vom Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes oberes Druckniveau (p2) geregelt wird, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein zweiter Lambda-Wert (λ2) abgespeichert wird und – eine Leckage erkannt wird, wenn die Differenz (dλ) des ersten Lambda-Wertes (λ1) und des zweiten Lambda-Wertes (λ2) einen vorgegebenen Mindestschwellwert überschreitet.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lambda-Wert (λ1) und der zweite Lambda-Wert (λ2) jeweils über mehrere Schubbetriebe ermittelt und jeweils als Mittelwerte abgespeichert werden.
Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche mit einer Steuereinheit (1) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer mit der Steuereinheit (1) verbundenen Lambda-Sonde (9), mit einem von der Steuereinheit (1) ansteuerbaren Drucksteuerventil (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) ein Funktionsmodul (8) enthält, das derart ausgestaltet ist, dass – während mindestens eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der Kraftstoffzumessvorrichtung (3) von einem Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau (p1) regelbar ist, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrechbar ist und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein erster Lambda-Wert (λ1) ermittelbar und abspeicherbar ist, – während mindestens eines weiteren Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der Kraftstoffzumessvorrichtung (3) von dem Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes oberes Druckniveau (p2) regelbar ist, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrechbar ist und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein zweiter Lambda-Wert (λ2) ermittelbar und abspeicherbar ist und – eine Leckage erkennbar ist, wenn die Differenz (dλ) des ersten Lambda-Wertes (λ1) und des zweiten Lambda-Wertes (λ2) einen vorgegebenen Mindestschwellwert überschreitet.
Steuereinheit (1) mit einem Funktionsmodul (8), das durch entsprechende Programmierung derart ausgestaltet ist, dass – während mindestens eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der Kraftstoffzumessvorrichtung (3) von einem Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes unteres Druckniveau (p1) regelbar ist, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrechbar ist und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein erster Lambda-Wert (λ1) ermittelbar und abspeicherbar ist, – während mindestens eines weiteren Schubbetriebs der Brennkraftmaschine der Druck (p) in der Kraftstoffzumessvorrichtung (3) von dem Betriebsnormalniveau (p0) auf ein vorgegebenes oberes Druckniveau (p2) regelbar ist, anschließend die Kraftstoffzufuhr unterbrechbar ist und schließlich nach einer vorgegebenen Zeit (Δt) ein zweiter Lambda-Wert (λ2) ermittelbar und abspeicherbar ist und – eine Leckage erkennbar ist, wenn die Differenz (dλ) des ersten Lambda-Wertes (λ1) und des zweiten Lambda-Wertes (λ2) einen vorgegebenen Mindestschwellwert überschreitet.