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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems.
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Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen müssen gesetzliche Vorschriften bezüglich einer On-Board-Diagnose (OBD) erfüllen. Einschlägige Normen und Gesetze hierzu sind beispielsweise für Europa die UN/ECE R83 und für den kalifornischen Markt der California Code of Regulations, Title 13, 1968.2.
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Eine temporäre oder dauerhafte Abweichung der Kraftstoffeinspritzmenge von einer für den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimalen Kraftstoffeinspritzmenge muss schnell und sicher diagnostiziert werden können. Diese Diagnosefähigkeit muss über die komplette Lebensdauer des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs erhalten bleiben. Ist dies nicht der Fall, dann verschlechtern sich die Schadstoffemissionen des Kraftfahrzeugs, so dass in vielen Fällen gesetzliche Vorschriften nicht eingehalten werden. Es kann auch der Fall auftreten, dass ein derartiges Kraftfahrzeug mit einem Motorschaden liegenbleibt.
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Es ist bereits bekannt, eine Überwachung der Einspritzmenge unter Verwendung eines einzigen physikalischen Signals vorzunehmen, beispielsweise des Raildrucksignals oder der Injektorspannung. Jedes Signal, welches für eine OBD verwendet wird, muss gemäß geltender Vorschriften hinreichend plausibilisiert werden. Bei bekannten OBD-Systemen tritt des Weiteren das Problem auf, dass kleine Einspritzmengen nur kleine Signalhübe bei den zur Verfügung stehenden Sensoren hervorrufen, beispielsweise bei einem Raildrucksensor oder einer Lambdasonde.
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In der unmittelbaren Umgebung des jeweiligen Motors sind üblicherweise unterschiedliche Arten von Störeinflüssen vorhanden. Dazu gehört beispielsweise allgemeines Rauschen. Es wird keine Unterscheidung zwischen eingestrahltem Rauschen, eingeleitetem Rauschen, kapazitiv eingekoppeltem Rauschen und auch keine Unterscheidung zwischen verschiedenen Orten einer Störeinkopplung getroffen. Des Weiteren weisen Lambdasonden eine Querempfindlichkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und anderen Abgasbestandteilen auf. Auch kann eine Vergiftung der Sonde vorliegen.
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Ferner tritt bei bekannten OBD-Systemen das Problem auf, dass die von einem Einspritzsystem darstellbare minimale Einspritzmenge üblicherweise einem alterungsbedingten Anstieg unterworfen ist, sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden.
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Beispielsweise gibt eine Verbrennungsapplikation einen Einspritzmengensollwert von 1 mg vor. Ein neues Einspritzsystem führt diesen Mengensollwert aus und die gewünschten Folgen treten ein. Ein gealtertes Einspritzsystem führt diesen Mengensollwert möglicherweise nicht aus, da sich die Parameter bzw. Bauteile des Einspritzsystems verschlechtert haben. Beispielsweise benötigt ein gealtertes Einspritzsystem eine Ansteuerung, die im Neuzustand 3 mg entsprochen hätte, um 1 mg auszuführen.
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Aus der
EP 1 420 157 B1 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Einspritzmenge einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem eine Haupteinspritzung von Kraftstoff, eine Ermittlung der durch die Haupteinspritzung verursachten Drehbeschleunigung der Kurbelwelle, eine Bestimmung der Haupteinspritzmenge aus der ermittelten Drehbeschleunigung der Kurbelwelle und eine Nacheinspritzung von Kraftstoff nach der Haupteinspritzung bekannt, wobei des Weiteren eine Rückführung mindestens eines Teils des Abgases der Brennkraftmaschine mit dem nacheingespritzten Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, eine Ermittlung der durch die Nacheinspritzung und die Abgasrückführung verursachten zusätzlichen Drehbeschleunigung der Kurbelwelle zur Ermittlung der Abgasrückführrate und eine Bestimmung der Nacheinspritzmenge aus der zusätzlichen Drehbeschleunigung der Kurbelwelle und der Abgasrückführungsrate vorgenommen werden.
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Aus der
WO 2009/013058 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens einer Einspritzung unter hohem Druck eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung bekannt, bei welchem mittels eines Vergleiches eines Maßes für die Istmenge des eingespritzten Kraftstoffs wenigstens einer Test-Nacheinspritzung, die aufgrund eines Maßes für eine vorgegebene Sollmenge einer gewünschten Voreinspritzung vorgenommen wird, und des Maßes für die Sollmenge eine Korrekturgröße für die Voreinspritzung festgelegt wird.
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Aus der
DE 10 2006 023 468 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors bekannt, bei denen eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird. Dabei wird der Kraftstoff mit Hilfe mehrerer Einspritzventile eines Einspritzsystems während des Betriebes eines Kraftfahrzeugs in den Verbrennungsmotor eingespritzt und die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge durch Erfassung des Druckabfalls in einem Kraftstoffrail des Einspritzsystems ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass während einer Schubabschaltphase eine Testphase eingeleitet wird, bei der zunächst im Kraftstoffrail ein definierter, stabiler Zustand eingestellt wird, nach Erreichen des stabilen Zustands ein erster Druckwert im Kraftstoffrail mit einer ersten Druckmessung ermittelt wird, anschließend wenigstens ein Einspritzventil ausgewählt wird, das für eine Testeinspritzung mit einem vorgegebenen Sollwert angesteuert wird, nach der Testeinspritzung ein zweiter Druckwert mit einer zweiten Druckmessung im Kraftstoffrail ermittelt wird, aus den beiden ermittelten Druckwerten ein Differenzwert berechnet wird und aus dem berechneten Differenzwert ein Korrekturfaktor bestimmt wird, mit dem die Ansteuerung des ausgewählten Einspritzventils korrigiert wird. Für die Testeinspritzung wird eine sehr geringe Kraftstoffmenge verwendet, welche der Kraftstoffmenge einer Vor- oder Nacheinspritzung oder einer Heizeinspritzung für den Katalysator entspricht.
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Aus der
DE 10 2010 004 299 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Injektoren mit Piezoantrieb bekannt, bei welchen die elektrische Kapazität und damit das aktuelle Temperaturniveau des Piezoantriebs mit Hilfe von Testimpulsen gemessen wird. In Abhängigkeit von den gemessenen Kapazitätswerten erfolgt eine Ermittlung der relativen Änderung der Einspritzmenge eines Injektors. Anschließend wird dieser Injektor zur Tätigung einer Einspritzung unter Berücksichtigung der relativen Einspritzmengenänderung angesteuert. Auf diese Weise lässt sich die Einspritzmenge über die Temperatur stabil halten.
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Aus der
EP 2 136 058 A1 ist ein Verfahren zur Adaption der Injektorcharakteristiken von Kraftstoffinjektoren einer Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine bekannt, welche Verbrennungskammern mit direkter Kraftstoffeinspritzung aufweist, wobei die Injektorcharakteristiken für jeden Injektor individuell adaptiert werden, um Abweichungen auszugleichen, die die individuellen Injektoren von Standardinjektoren haben. Dabei wird von jedem Injektor Kraftstoff eingespritzt und es wird die darauf basierende Reaktion der Maschine ermittelt. Des Weiteren wird beim bekannten Verfahren für jeden Zylinder ein Wert des Spitzendruckes oder eines angegebenen mittleren Druckes, welcher Druckwert während eines Verbrennungszyklus in der Brennkammer des Zylinders auftritt, ermittelt. Ferner werden die Injektorcharakteristiken individuell für jeden Injektor modifiziert, um Differenzen der Druckwerte zwischen den Zylindern auszugleichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems wird im Rahmen einer Testroutine eine injektorindividuelle Nacheinspritzung vorgenommen, nach erfolgter Nacheinspritzung mehrere vorgegebene Parameter des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt und durch eine kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter Rückschlüsse darauf gezogen, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei arbeiten.
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Durch diese kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter wird die Zuverlässigkeit und die Trennschärfe der Überwachung eines On-Board-Diagnosesystems erhöht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den genannten Parametern um den Raildruck, die Injektorspannung und den Restsauerstoff im Abgas bzw. die Luftzahl. Bei diesen Parametern handelt es sich um drei voneinander linear unabhängige Signale bzw. orthogonale Signale, deren kombinierte Auswertung besonders zuverlässige Ergebnisse liefert und eine sichere Erkennung bzw. Festlegung einer Störungsursache erlaubt.
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Ein Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für selbstzündende Verbrennungsmotoren mit Piezo-Common-Rail-Einspritzsystemen mit direkt angetriebenen Injektoren oder Servoventil-Injektoren (Dieselmotor und Ottomotor).
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Des Weiteren kann mittels des beanspruchten Verfahrens eine Überprüfung vieler Systeme eines Verbrennungsmotors vorgenommen werden, insbesondere der Komponenten eines gesamten Einspritzsystems.
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Das beanspruchte Verfahren wird in vorteilhafter Weise bei stabilen Operationsbedingungen eingesetzt, welche insbesondere bei stehendem Fahrzeug in einer Werkstatt vorliegen. Es kann aber auch im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das beanspruchte Verfahren nicht vom Motorsteuergerät aus zu initialisieren, sondern von einem externen Testgerät. Dies kann in einer Werkstatt erfolgen oder auch am Ende der Fahrzeugherstellung im Werk.
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Ein weiterer besonders vorteilhafter Zeitpunkt zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs. Zu diesem Zeitpunkt liegen definierte Betriebsstoffe (Kraftstoff, Öl) vor, die die Erstbefüllungsnorm des jeweiligen Kraftfahrzeugs erfüllen. Ferner steht zu diesem Zeitpunkt geschultes Personal bereit.
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Im Falle einer Durchführung des beanspruchten Verfahrens in einer Werkstatt sind vor dem Start des Verfahrens vom Werkstattpersonal bestimmte Fehler auszuschließen, beispielsweise Fehler am Kabelbaum des Fahrzeugs, Undichtigkeiten im Hochdrucksystem des Fahrzeug und eine Betankung mit einer falschen Kraftstoffsorte.
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Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs sind vor dem Start des Verfahrens die Ergebnisse diverser Systemdiagnosen zu prüfen, beispielsweise die Ergebnisse einer Zylindergleichstellungsdiagnose sowie Diagnosen aller beteiligten Sensoren und Aktoren, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens sicherzustellen.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine Skizze zur Erläuterung eines Verfahrens zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems,
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der durch Testpulse vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge und der Reaktion des Einspritzsystems in Abhängigkeit von der Zeit,
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3 Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals λ bei schrittweiser Erhöhung des Nacheinspritzwinkels und
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4 Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals λ bei sprungförmiger Änderung des Einspritzwinkels.
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Die 1 zeigt eine Skizze zur Erläuterung eines Verfahrens zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems.
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Vor dem Starten des Verfahrens erfolgt zunächst eine Günstigkeitserkennung. Diese Günstigkeitserkennung besteht bei einer Benutzung des Verfahrens im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs darin, vorgegebene Systemdiagnosen durchzuführen und deren Ergebnisse zu überprüfen. Zu diesen Systemdiagnosen gehören beispielsweise eine Zylindergleichstellungsdiagnose sowie eine Diagnose der Funktionsfähigkeit von Sensoren und Aktoren, die an Komponenten des Einspritzsystems angeordnet sind.
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Bei einer Benutzung des Verfahrens in einer Werkstatt besteht die Günstigkeitserkennung darin, bestimmte Fehler durch das Werkstattpersonal auszuschließen, beispielsweise Fehler am Kabelbaum des Kraftfahrzeugs, Undichtigkeiten im Hochdrucksystem des Kraftfahrzeugs sowie eine Betankung mit einer falschen Kraftstoffsorte.
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Liefert die vorgenommene Günstigkeitserkennung positive Ergebnisse, dann liegen stabile Motorbetriebsbedingungen vor, so dass das Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems eingeleitet werden kann.
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Bei diesem Verfahren werden von einer Steuereinheit injektorindividuell Testpulse in Form von Nacheinspritzungen bereitgestellt. Beispielsweise wird zunächst eine Nacheinspritzung mit einem vorgegebenen Kraftstoffmengensollwert in einem Winkel von 70° nach dem oberen Totpunkt durchgeführt. Anschließend erfolgen weitere Nacheinspritzungen auf beispielsweise fünf aufeinanderfolgenden Segmenten auf demselben Zylinder mit demselben Kraftstoffmengensollwert.
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Nach Vornahme der jeweiligen Nacheinspritzung mit dem vorgegebenen Kraftstoffmengensollwert erfolgt eine Erfassung der Reaktion des Kraftstoffeinspritzsystems auf die jeweilige Nacheinspritzung. Hierbei werden – wie es im oberen Zweig der 1 veranschaulicht ist – der Raildruck mittels eines Raildrucksensors gemessen und Raildrucksignale bereitgestellt und einer Auswerteeinheit A zugeführt. Des Weiteren werden – wie es im mittleren Zweig der 1 veranschaulicht ist – die Injektorspannung mittels eines Spannungssensors gemessen und Injektorspannungssignale der Auswerteeinheit A zugeführt. Ferner werden – wie es im unteren Zweig der 1 veranschaulicht ist – die Luftzahl mittels eines Lamdasensors gemessen und ein die Luftzahl charakterisierendes Signal der Auswerteeinheit A zugeführt.
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Dabei erfolgt die Messung der Luftzahl derart, dass durch ein erstes Messergebnis eine Auskunft über den verbrannten Kraftstoffmengenanteil an der Lambdasonde und durch ein zweites Messergebnis eine Auskunft über den verdampften Kraftstoffmengenanteil an der Lambdasonde erhalten wird. Durch diese Vorgehensweise wird eine Information über den individuellen HC-Offset der Sonde erhalten. Diese beiden vorgenannten Messergebnisse werden dadurch erhalten, dass der Einspritzbeginn SOI der Nacheinspritzung variiert wird. Um korrekte Messergebnisse zu erhalten, muss die drehzahlabhängige Gaslaufzeit beachtet werden, wie es unten links in der 1 veranschaulicht ist. Die Messungen dürfen erst nach einem Light-Off des Abgasnachbehandlungssystems vorgenommen werden. Die beiden Messergebnisse der Luftzahlen werden einer Nachverarbeitung unterworfen, beispielsweise einer Kreuzkorrelation oder einer Autokorrelation. Das dabei erhaltene Ergebnis wird als ein die Luftzahl charakterisierendes Signal der Auswerteeinheit A zugeführt.
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Anschließend wird ein etwas höherer Kraftstoffmengensollwert vorgegeben und die vorstehend beschriebenen Messungen und Auswertungen wiederholt.
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Diese Wiederholungen mit stets etwas erhöhten Kraftstoffmengensollwert erfolgen solange, bis alle Auswertefunktionen zum Ergebnis haben, dass zum einen ein signifikantes Signal erkannt wird, d. h. dass die angesteuerte Einspritzmenge zu einer merklichen Veränderung des gemessenen Raildrucks und / oder der Luftzahl geführt hat, und zum zweiten, dass der Betrag der Mengensollwerterhöhung zu einem Differenzwert im gemessenen Signal geführt hat.
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In der Folge wird beim vorstehend beschriebenen Verfahren ein zyklischer Wechsel des Winkels der Testeinspritzung bzw. Nacheinspritzung unter Beibehaltung der jeweils vorgegebenen Testeinspritzmenge vorgenommen. Dadurch wird erreicht, dass die Nacheinspritzung einmal an einem Zeitpunkt, an dem der Kraftstoff noch brennt, aber keinen spürbaren Drehmomentbeitrag liefert, z. B. bei 70° nach dem oberen Totpunkt, und einmal an einem Zeitpunkt, an dem der Kraftstoff nicht mehr brennt, z. B. bei 150° nach dem oberen Totpunkt, vorgenommen wird. Dies ermöglicht es, einmal die Wirkung der verbrannten Kraftstoffmenge und einmal die Wirkung der verdampften Kraftstoffmenge im Sondensignal zu sehen.
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Die Erfassung und Auswertung der Luftzahl erfolgt jeweils an einem im Voraus empirisch ermittelten Zeitpunkt bzw. in einem erwarteten Zeitraum. Bei der Ermittlung dieses Zeitpunktes bzw. Zeitraumes werden der Einspritzzeitpunkt, die drehzahlabhängige Gaslaufzeit und eine Eingangsfilterzeitkonstante der Luftzahlerfassung berücksichtigt.
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Mittels der bereits oben genannten Kreuzkorrelation oder der Autokorrelation wird der Signal-Rausch-Abstand verbessert.
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Im Falle einer Verwendung der Kreuzkorrelation wird am Motorprüfstand ein Referenzsignal aufgenommen und es erfolgt eine Auswertung der erhaltenen Mess- bzw. Feedbacksignale im Zeitbereich und im Spektralbereich.
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Im Falle einer Verwendung der Autokorrelation wird die gemessene Luftzahl bei gleichförmigem Motorlauf nach dem Ende der Einschwingvorgänge im Kraftstoff- und Luftpfad des Motors auf Selbstähnlichkeit untersucht. Dabei wird durch geeignet gewählte Nacheinspritzungen eine Abweichung im Verlauf des Lambdasignals provoziert. Die Autokorrelation liefert als Ergebnis ein Signal, das ab einer vom Einspritzsystem minimal darstellbaren Einspritzmenge eine Unterscheidung dahingehend ermöglicht, ob eine Einspritzung vorhanden ist oder nicht.
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In der Auswerteeinheit werden unter anderem Vergleiche der jeweils identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit einer in einem anderem Zweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz vorgenommen, beispielsweise ein Vergleich der im Raildruckzweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit der im Luftkanal identifizierten minimalen Signal-Signifikanz und ein Vergleich der im Luftpfadzweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit der im Injektorspannungszweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz, um die Zuverlässigkeit der Diagnose zu erhöhen.
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Des Weiteren erfolgt in der Auswerteinheit eine kombinierte Auswertung der ihr zugeführten Parameter, um Rückschlüsse darauf ziehen zu können, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei sind.
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Befinden sich beispielsweise die Raildrucksignale, die Injektorspannungssignale und die die Luftzahl charakterisierende Signale im Erwartungsbereich, dann wird darauf geschlossen, dass die Kraftstoffeinspritzmenge fehlerfrei, d. h. in Ordnung, ist.
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Befinden sich hingegen die Raildrucksignale und die Injektorspannungssignale im Erwartungsbereich, die die Luftzahl charakterisierenden Signale jedoch nicht, dann wird darauf geschlossen, dass entweder ein Fehler der Lambdasonde oder ein Luftpfadfehler vorliegt.
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Befinden sich hingegen die Injektorspannungssignale im Erwartungsbereich, die Raildrucksignale und die die Luftzahl charakterisierenden Signale jedoch nicht, dann wird darauf geschlossen, dass der Kraftstoffdurchfluss durch den Injektor fehlerhaft, d. h. nicht in Ordnung, ist.
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Folglich erlaubt die vorgeschriebene kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter eine Erkennung des Fehlerortes, insbesondere eine Erkennung, ob ein Fehler des Injektors, der Lambdasonde oder des Luftpfades vorliegt.
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Die 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen den durch die Testimpulse vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmengen und der Reaktion des Einspritzsystems in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei ist längs der Ordinate der Kraftstoffmengensollwert MSW der Testimpulse, d. h. der Nacheinspritzung, und längs der Abszisse die verstrichene Zeit tN nach dem Ende der Nacheinspritzung aufgetragen.
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Die im Diagramm durchgezogene Linie L1 ist eine Normkennlinie, wie sie von einem neuen bzw. einwandfreien Injektor erwartet wird. Diese Normkennlinie wird während des Entwicklungszeitraums empirisch ermittelt. Die gestrichelt gezeichnete Linie L2, die typischerweise parallel zur durchgezogenen Linie verläuft, veranschaulicht, dass die Testimpulse an einem gealterten oder beschädigten Injektor keine Reaktion, eine Reaktion zu einem anderen als dem erwartenden Zeitpunkt oder mit einer anderen als der erwarteten Amplitude hervorrufen.
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Ein fehlerfreier Injektor im Neuzustand liefert für eine Ansteuerdauer T1, die einer ursprünglich vorgenommenen Kalibration entspricht, eine Einspritzmenge A, beispielsweise 1 mg. Diese Einspritzmenge A führt zu Reaktionen in den oben genannten Messsignalen, die zu erwarteten Zeitpunkten, gerechnet ab dem Beginn oder dem Ende der Ansteuerdauer T1, auftreten und erwartete Amplituden aufweisen, welche ebenfalls aus der ursprünglich vorgenommenen Kalibration bekannt sind. Die genannte Ansteuerdauer T1 kann zur Bildung einer Statistik, beispielsweise einer Mittelwertbildung, in mehreren Arbeitsspielen des Motors wiederholt angewendet werden.
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Des Weiteren liefert ein fehlerfreier Injektor im Neuzustand für eine zweite Ansteuerdauer T2 eine zweite Einspritzmenge B, die ebenfalls zu erwarteten Zeitpunkten Reaktionen mit erwarteten Amplituden hervorruft. Auch hierbei kann die zweite Ansteuerdauer T2 in mehreren Arbeitsspielen des Motors wiederholt angewendet werden, um einen Mittelwert zu bilden.
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Daraus resultierend kann eine erwartete Differenz zwischen den erhaltenen Reaktionen gebildet werden.
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Dabei können die Ansteuerdauern T1 … Tn der Testpulse sowohl in aufsteigender als auch in abfallender Richtung angewendet werden, d. h. beginnend mit kleinen Zeitdauern hin zu größeren Zeitdauern oder umgekehrt.
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Der in der 2 mit Z1 gekennzeichnete Pfeil zwischen gestrichelter und durchgezogener Linie veranschaulicht, dass eine Anwendung der erkannten bzw. detektierten Messwerte auf die Parameter für kleinere Einspritzungen den Injektor wieder auf die Normkennlinie „zieht“ und eine Anwendung und Darstellung kleiner Kraftstoffmengen ermöglicht.
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Generell führt eine Testeinspritzung zu Reaktionen in den Injektor-Feedbacksignalen, beispielsweise in den Messsignalen, die den Verlauf der Injektorkapazität oder der Injektorspannung beschreiben. Diese Reaktion wird als Nadelschließzeitpunkt OPP4 interpretiert. Eine Verschiebung zu einem früheren als dem erwarteten Zeitpunkt, wie sie durch die Pfeile Z2 und Z3 symbolisiert ist, wird als zu frühes Nadelschließen interpretiert, was üblicherweise mit einer kleineren als der für eine Ansteuerdauer T1 erwarteten Einspritzmenge einhergeht. Entsprechend wird eine Verschiebung zu einem späteren als dem erwarteten Zeitpunkt als zu spätes Nadelschließen interpretiert, was üblicherweise mit einer größeren als der für eine Ansteuerdauer T1 erwarteten Einspritzmenge einhergeht.
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Üblicherweise äußert sich eine Mengendrift eines Injektors in einer Parallelverschiebung der aktuellen Injektorkennlinie gegenüber der Normkennlinie.
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Bildet man nun die zeitliche Differenz T_erwartet – T_ist und addiert sie auf geeignete Weise auf die Ansteuerdauer T1, dann erhält man die Ansteuerdauer, die für einen gealterten Injektor notwendig ist, um die gewünschte Kraftstoffmenge zu erzielen.
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Dieselbe Testeinspritzung führt auch zu einer Reaktion im Signal PFU-SIG des Raildrucksensors, insbesondere zu einem Absinken des Raildrucksignals entsprechend dem aus dem Rail abgenommenen Kraftstoffvolumen. Der Druck im Rail ergibt sich aus der Bilanz von zugeführtem und abgeführtem Kraftstoffvolumen. Eine Variation des Einspritzwinkels der Testeinspritzung bedeutet, den Phasenwinkel der Testeinspritzung zur Pumpenphase bzw. den Abstand zur Haupteinspritzung zu variieren. Folglich befindet sich die Testeinspritzung an unterschiedlichen Positionen bezüglich der durch den Pumpenhub und/oder der Haupteinspritzung ausgelösten Druckwelle im Rail. Für verschiedene Winkel werden verschiedene Erwartungswerte bereitgestellt.
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Des Weiteren führt dieselbe Testeinspritzung zu einer Reaktion des amperometrischen Sauerstoffsensors im Abgaspfad. Der erwartete Zeitpunkt dieses Signals ist unter anderem abhängig von der Gaslaufzeit zwischen dem Auslassventil des Zylinders und dem Ort der Lambdasonde. Die Gaslaufzeit ist abhängig von festen geometrischen Gegebenheiten und der Luftmassengeschwindigkeit bzw. dem Luftmassendurchsatz. Weitere Einflussgrößen sind die Drehzahl, der Ladedruck und der Abgasgegendruck. Ferner ist die Amplitude der Reaktion der Lambdasonde abhängig von der Kraftstoffsorte, der Einspritzmenge und deren Umsetzungsgrad.
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Die 3 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals Lambda bei einer schrittweisen Erhöhung des Nacheinspritzwinkels bei gleichbleibender Kraftstoffmenge. Dabei ist im unteren Diagramm die Ursache, d. h. die schrittweise Erhöhung des Einspritzwinkels, und im oberen Diagramm die Wirkung, d. h. die resultierenden Luftzahlwerte, dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Anteil der verbrannten Teil-Einspritzmenge der Test-Einspritzmenge und damit der Verbrauch an freiem molekularem Sauerstoff mit steigendem Einspritzwinkel nach dem oberen Totpunkt sinkt. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden an der heißen Oberfläche der Sonde thermisch / katalytisch umgesetzt, der Effekt im Messsignal ist aber nicht identisch zur Verbrennung derselben Menge Kraftstoff.
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Die 4 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals Lambda bei sprungförmiger Änderung des Einspritzwinkels bei gleichbleibender Kraftstoffmasse. Dabei ist ebenfalls im unteren Diagramm die Ursache, d. h. die sprungförmigen Änderungen des Einspritzwinkels, und im oberen Diagramm die Wirkung, d. h. die resultierenden Luftzahlwerte, dargestellt.
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In den 3 und 4 wird der prinzipielle Zusammenhang zwischen Nacheinspritzwinkel und Lambdasignal verdeutlicht. Der Unterschied in der Funktion ist, dass mit der graduellen Erhöhung der Testeinspritzmenge gemäß 3 Punkte zur Berechnung der Geradengleichung der gestrichelt gezeichneten Linie erfasst werden können. Insbesondere kann der „Fußpunkt“, d.h. bei welcher minimalen Ansteuerdauer sich zum ersten Mal ein signifikanter Signalhub ergibt, erfasst werden. Ein neuer Injektor liefert üblicherweise die erste Signifikanz bei geringerer Ansteuerdauer. Da das oben beschriebene System aber über den Mengensollwert MSW gesteuert wird (siehe Ordinate in der 2), muss ein höherer Testpuls-Mengensollwert, der einer größeren Ansteuerdauer entspricht, für den gleichen Mengenistwert angesteuert werden.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung ist in vorteilhafter Weise anwendbar, wenn ein modellbasierter Luftpfad berechnet wird, bei welchem sich die Modellwerte auf den Kraftstoffmengensollwert stützen. Je besser die tatsächlich ausgeführte Kraftstoffmenge mit den angeforderten Sollwerten übereinstimmt, desto besser sind auch die berechneten Modellwerte für den Luftpfad bzw. die Ansteuerparameter für die Regelkomponenten des Luftpfads, desto besser gelingt auch die Arbeitspunkteinstellung des Motors und desto besser können die Abgas-Rohemissionen und/oder der Kraftstoffverbrauch des Motors optimiert werden.
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Eine verbesserte Diagnosefähigkeit des Einspritzsystems führt auch zu einem verbesserten Pinpointing, d. h. einer verbesserten Erkennung einer fehlerhaften Komponente des Kraftstoffeinspritzsystems.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1420157 B1 [0008]
- WO 2009/013058 A1 [0009]
- DE 102006023468 B3 [0010]
- DE 102010004299 B3 [0011]
- EP 2136058 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen und Gesetze hierzu sind beispielsweise für Europa die UN/ECE R83 und für den kalifornischen Markt der California Code of Regulations, Title 13, 1968.2 [0002]
