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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem sogenannten Common Rail Einspritzsystem (auch Speicher-Einspritzsystem genannt) sind mehrere, typischerweise alle Injektoren mit einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler (Common Rail) gekoppelt, der unter einem hohen Druck steht. Die jeweils innerhalb eines Zylindertakts, auch Arbeitstakt genannt, in die Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Einspritzmenge an Kraftstoff wird typischerweise in erster Linie dadurch dosiert, dass der jeweilige Injektor mit einer kürzer oder länger gewählten Ansteuerdauer angesteuert wird, um Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder einzuspritzen. Während der Ansteuerdauer wird der Injektor jeweils geöffnet.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Alterungserscheinungen im Einspritzsystem können die Einspritzmassen zwischen den einzelnen Zylindern variieren. Dies kann zu Drehmomentunterschieden zwischen den Zylindern führen, was sich negativ auf die Laufruhe beziehungsweise das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken kann. So können insbesondere Verschleißerscheinungen oder Ablagerungen dazu führen, dass sich eine tatsächliche Öffnungsdauer oder ein tatsächlicher Öffnungsgrad des Injektors bei gegebenem Kraftstoffdruck und gegebener Ansteuerdauer während einer Lebensdauer der Injektoren verändert.
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In der
DE 10 2013 222 547 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Abweichung einer Ist-Einspritzmenge von einer Soll-Einspritzmenge eines Injektors einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Injektoren beschrieben, wobei die mindestens zwei Injektoren zur Abgabe der Soll-Einspritzmenge angesteuert werden, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine von einer Ausgangsdrehzahl bis zu einer Zieldrehzahl zu beschleunigen. Dabei wird die Ist-Drehzahl über die Zeit erfasst und eine Änderung der Ist-Drehzahl pro Zeiteinheit als Drehzahlgradient bestimmt, wobei eine von dem Drehzahlgradienten abhängige Größe bestimmt und mit einem Normintervall verglichen wird, wobei eine Abweichung der Ist-Einspritzmenge von der Soll-Einspritzmenge eines Injektors von den mindestens zwei Injektoren erkannt wird, wenn die von dem Drehzahlgradienten abhängige Größe außerhalb des Normintervalls liegt.
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Die
DE 10 2013 216 255 B3 zeigt ein Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs in einem Einzelspeicher eines Injektors; Auswerten des erfassten Druckverlaufs; Festellen, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung im Bereich des Injektors vorliegt anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs, und Identifizieren des Fehlerzustands anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs.
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Aus der
DE 10 2013 210 909 A1 ist ein Verfahren zur Plausibilisierung eines Raildrucksensors einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System bekannt, das folgende Schritte aufweist: – Erfassung eines Raildruckmesswertes mittels des Raildrucksensors; – Bestimmung eines IST-Drehmoments aus wenigstens einer die Verbrennung charakterisierenden Größe; – Regelung des IST-Drehmoments auf einen vorgegebenen SOLL-Wert; – Bestimmung einer mit dem Drehmoment korrelierenden Einspritzmenge und der für diese Einspritzmenge und den aktuellen Raildruckmesswert spezifischen elektrischen Ansteuerung der Injektoren; – Bestimmung von Schaltzeiten mit für die SOLL-Einspritzmenge und den gemessenen Raildruck spezifischen Erwartungswerten der Schaltzeiten; – Plausibilisierung des von dem Raildrucksensor ausgegebenen Raildrucks auf der Basis der Abweichung der IST-Schaltzeiten von den Erwartungswerten der Schaltzeiten.
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Die
DE 10 2004 053 347 A1 zeigt eine elektronische Steuereinheit eines Einspritzsteuersystems für eine Brennkraftmaschine. Dieses System misst eine Kraftmaschinendrehzahl in einer Zeitperiode nach einem Zeitpunkt, bei dem ein Auslassventil geöffnet wird, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem ein oberer Totpunkt des nächsten Zylinders erfasst wird, nachdem eine einzige Einspritzung durchgeführt wurde. Die Steuereinheit berechnet eine durch die einzige Einspritzung hervorgerufene Drehzahlschwankung auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl. Die Kraftmaschinendrehzahl, die unmittelbar nach der einzigen Einspritzung vorhanden ist, wird gemessen, nachdem ein durch die einzige Einspritzung erhöhter Zylinderdruck im Wesentlichen auf das gleiche Niveau wie jener Zylinderdruck verringert wurde, der in jedem Fall vorgesehen ist, wenn die einzige Einspritzung nicht durchgeführt wird. Daher kann die Drehzahlschwankung entsprechend dem durch die einzige Einspritzung erzeugten Drehmoment genau gemessen werden.
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Es ist wünschenswert, ein Verfahren sowie eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, die einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern.
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Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- – Ermitteln einer jeweiligen Kurbelwellenbeschleunigung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwellenbeschleunigung jeweils aufgrund der Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder erfolgt,
- – Ermitteln der jeweiligen Drehmomentabgabe in Abhängigkeit von der jeweiligen Kurbelwellenbeschleunigung,
- – Ermitteln einer Differenz der Drehmomentabgaben,
- – Vergleichen der Differenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert, und, wenn die Differenz größer als der vorgegebene Schwellenwert ist,
- – Ermitteln einer jeweiligen Einspritzmasse der jeweiligen Einspritzung in den jeweiligen Zylinder, jeweils in Abhängigkeit eines zugehörigen Druckabfalls in einem Kraftstoffverteiler, aus dem der Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder eingespritzt wird,
- – Ermitteln, ob die jeweiligen Drehmomentabgaben mit der zugehörigen Einspritzmasse korrespondieren, und, wenn die jeweiligen Drehmomentabgaben außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs für eine jeweilige korrespondierende Einspritzmasse liegen,
- – Ermitteln eines sonstigen Fehlers, wobei der sonstige Fehler einen Einspritzmassefehler ausschließt und auf einen Fehler in der Verbrennung geschlossen wird.
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Die Einspritzmasse, also die Masse an Kraftstoff, die jeweils in den Zylinder eingespritzt wird, um ein Drehmoment an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu erzeugen, steht normalerweise in linearem Zusammenhang mit dem aus der Einspritzmasse resultierenden Drehmoment. Die eingespritzte Menge an Kraftstoff gibt somit normalerweise die Leistungsabgabe des jeweiligen Zylinders vor. Die Einspritzmasse ist somit herkömmlich proportional zum Drehmoment der Kurbelwelle.
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Das anmeldungsgemäße Verfahren ermöglicht einen Rückschluss darauf, ob unterschiedliche Drehmomentabgaben der Zylinder aufgrund von unterschiedlichen Einspritzmassen entstehen, oder ob ein sonstiger Fehler im System vorliegt, der nicht auf Randbedingungen der Einspritzung basiert. Der sonstige Fehler ist insbesondere keine unkorrekte Einspritzmasse oder kein unkorrekter Einspritzzeitpunkt.
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Der sonstige Fehler ist beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung bei der Abgasrückführung. Der sonstige Fehler ist beispielsweise ein Kompressionsverlust eines der Zylinder. Der sonstige Fehler ist beispielsweise eine Funktionsanomalie der Einspritzdüse, wobei in diesem Fall der Durchfluss zwar noch innerhalb der Bauteilspezifikation liegt, aber beispielsweise das Spritzbild von einem gewünschten Spritzbild abweicht. Eine Folge hiervon kann eine fehlende oder schlechte Verbrennung sein. Der sonstige Fehler ist nach weiteren Ausführungsformen alternativ oder zusätzlich ein weiterer Fehler im System der Brennkraftmaschine, der keinen unmittelbaren Einfluss auf die Einspritzung von Kraftstoff hat. Insbesondere ist der sonstige Fehler ein Fehler in der Verbrennung von Kraftstoff innerhalb der Zylinder. Aufgrund der Ermittlung der Einspritzmassen, die zu dem abgegebenen Drehmoment des jeweiligen Zylinders führen, ist eine Plausibilisierung zwischen Abweichungen in den Einspritzmassen und Fehlern in der Verbrennung möglich.
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Aus dem Kraftstoffverteiler wird der Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder eingespritzt. Der Kraftstoffdruckeinbruch, der bei einer Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder auftritt, ist ein Maß für die Menge an Kraftstoff, die bei der Einspritzung in den Zylinder eingespritzt wurde. Durch die Ermittlung des Einbruchs des Kraftstoffdrucks aufgrund einer Einspritzung kann auf die Einspritzmasse geschlossen werden.
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Die Einspritzmasse hängt normalerweise linear mit dem abgegebenen Drehmoment zusammen. Bei einer höheren Einspritzmasse wird normalerweise ein höheres Drehmoment abgegeben. Bei einer kleineren Einspritzmasse wird normalerweise ein entsprechend kleineres Drehmoment abgegeben. Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Differenz der ermittelten Einspritzmassen mit der Differenz der Drehmomentabgaben korrespondiert, wenn die unterschiedlichen Drehmomentabgaben aufgrund von Änderungen in der Einspritzmasse auftreten. Wenn die Differenz der Einspritzmassen jedoch nicht mit der Differenz der Drehmomentabgaben korrespondiert, wird anmeldungsgemäß ein sonstiger Fehler festgestellt, der nicht aufgrund einer unkorrekten Einspritzung auftritt.
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Insbesondere werden die drehmomentrelevante Einspritzmasse und das daraus resultierende Drehmoment je Zylinder je Zylindertakt, auch Arbeitstakt genannt, festgestellt. Beispielsweise beginnt der Zeitraum des Zylindertakts beim oberen Totpunkt vor dem Ansaugen und endet am oberen Totpunkt nach dem Ausstoßen der verbrennungsgase.
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Gemäß Ausführungsformen wird beispielsweise die jeweilige Kurbelwellenbeschleunigung mittels eines Geberradsensors und eines Geberrads ermittelt, das mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Das Geberrad ist beispielsweise ein Zahnrad und der Geberradsensor beispielsweise ein Hall-Sensor. Somit es möglich, Zahnzeiten auszuwerten, um die Kurbelwellenbeschleunigung zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich wird die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Laufruhe der Brennkraftmaschine ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Kurbelwellenbeschleunigung in Abhängigkeit einer Drehzahländerung der Kurbelwelle ermittelt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
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3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Einspritzmasse gemäß einer Ausführungsform, und
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4 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffdruckeinbruchs aufgrund einer Einspritzung gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein System 100 mit einer Brennkraftmaschine 106 und einem Kraftstoffverteiler 101 (auch Common Rail genannt). Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank wird unter hohem Druck in dem Kraftstoffverteiler 101 gesammelt und nachfolgend direkt in Zylinder 102, 103, 104 und 105 der Brennkraftmaschine 106 eingespritzt. Die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs führt zu einer Drehmomentabgabe der Zylinder 102 bis 105 auf eine Kurbelwelle 107 der Brennkraftmaschine 106. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 106 vier Zylinder 102 bis 105 auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen weist die Brennkraftmaschine mehr als vier oder weniger als vier Zylinder auf. Die Zylinder 102 bis 105 können auch als Brennräume der Brennkraftmaschine 106 bezeichnet werden.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen im System 100 sowie durch das Auftreten von Alterungserscheinungen können die tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmassen zwischen den einzelnen Zylindern 102 bis 105 variieren. Beispielsweise verändert sich die Menge an Kraftstoff die je Injektor bei gleichbleibenden Ansteuerdauer tatsächlich eingespritzt wird. Diese Unterschiede zwischen den Einspritzmassen der jeweiligen Zylinder 102 bis 105 führen zu unterschiedlichen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 auf die Kurbelwelle 107. Diese Drehmomentunterschiede können sich negativ auf die Laufruhe beziehungsweise das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken.
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An dem Kraftstoffverteiler 101 ist ein Drucksensor 108 angeordnet, um den Druck innerhalb des Kraftstoffverteilers 101 zu ermitteln.
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Eine Vorrichtung 110, die beispielsweise Teil einer Motorsteuerung ist, ist eingerichtet, ein nachfolgend in Verbindung mit 2 erläutertes Verfahren durchzuführen, um die unterschiedlichen Drehmomentabgaben zu korrigieren, sodass die jeweiligen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen.
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Das Verfahren gemäß 2 wird in Schritt 201 gestartet.
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Nachfolgend wird in Schritt 202 die Drehmomentabgabe des Zylinders 102 mit der Drehmomentabgabe des Zylinders 103 und der Drehmomentabgabe des Zylinders 104 und der Drehmomentabgabe des Zylinders 105 verglichen. Beispielsweise wird dazu die Kurbelwellenbeschleunigung je Zylindertakt der Zylinder 102 bis 105 verglichen. Insbesondere wird eine Differenz der Kurbelwellenbeschleunigungen ermittelt, um auf die Unterschiede der Kurbelwellenbeschleunigung zu schließen. Gemäß weiteren Ausführungsformen werden andere Kombinationen der Zylinder 102 bis 105 für den Vergleich verwendet.
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Wie sich insbesondere aus 3 ergibt, hängen die Einspritzmasse und das daraus resultierende Drehmoment linear miteinander zusammen. An der X-Achse ist die Einspritzmasse aufgetragen, an der Y-Achse das Drehmoment. Soll das Drehmoment des Zylinders 102 um den Wert Y1 reduziert werden, wird die Einspritzmasse für den Zylinder 102 entsprechend um den Wert X1 reduziert. Soli das Drehmoment des Zylinders 102 erhöht werden, wird die Einspritzmasse für den Zylinder 102 entsprechend erhöht.
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Falls jedoch ein sonstiger Fehler vorliegt, ist es möglich, dass eine Veränderung der Einspritzmasse nicht zu einem korrespondierenden geänderten Drehmoment führt. Wenn beispielsweise eine ungleiche Verteilung bei der Abgasrückführung auftritt oder ein Kompressionsverlust in mindestens einem der Zylinder 102 bis 105, führt beispielsweise eine Erhöhung der Einspritzmasse nicht zu einer Erhöhung des daraus resultierenden Drehmoments.
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In Schritt 203 wird ermittelt, ob eine Abweichung der jeweiligen Drehmomentabgaben der Zylinder 102 bis 105 größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Beispielsweise wird verglichen, ob die Differenz zwischen den Drehmomentabgaben größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Ist die Differenz der Drehmomentabgaben innerhalb vorgegebener Toleranzen, also insbesondere kleiner als der vorgegebene Schwellenwert, wird auf ein normal funktionierendes System geschlossen und das Verfahren ist in Schritt 204 ohne eine Verstellung der Einspritzung zumindest zeitweise beendet.
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Wird in Schritt 203 ermittelt, dass die Abweichung der Drehmomentabgaben größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, wird in Schritt 205 die Einspritzmasse der Einspritzungen in den Zylinder 102 bis 105 ermittelt, die zu den Drehmomentabgaben geführt haben, die in Schritt 202 ermittelt wurden. Insbesondere wird die Einspritzmasse in Abhängigkeit eines Druckeinbruchs in dem Kraftstoffverteiler 101 ermittelt. Mittels des Vergleichs der Drehmomentabweichung mit dem vorgegebenen Schwellenwert in Schritt 203 ist es noch nicht möglich, auf die Ursache der Drehmomentabweichung zu schließen. Dies wird durch Schritt 205 und die nachfolgenden Schritte möglich.
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Wie sich insbesondere aus 4 ergibt, in der auf der X-Achse die Zeit und auf der Y-Achse der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteiler 101 aufgetragen ist, folgt auf eine Einspritzung zu einem Zeitpunkt T ein Kraftstoffdruckeinbruch 401. Aus dem Wert des Kraftstoffdruckeinbruchs 401 lässt sich auf die Einspritzmasse schließen. Eine Veränderung der Einspritzmasse hat folglich auch eine Veränderung des Kraftstoffdruckeinbruchs 401 zur Folge.
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In Schritt 206 wird die Abweichung in den abgegebenen Drehmomenten mit den ermittelten Einspritzmassen plausibilisiert. Es wird ermittelt, ob die ermittelten Druckeinbrüche zu den zugehörigen ermittelten Drehmomenten korrespondieren. Es wird also ermittelt, ob auf einen bestimmten Wert des Druckeinbruchs 401 eine erwartete Drehmomentabgabe erfolgt.
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Falls sowohl die Differenz der Drehmomentabgaben außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs als auch die ermittelten Einspritzmassen außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, und die Differenz der Drehmomentabgabe mit der Differenz der Einspritzmassen korrespondiert, wird in Schritt 207 auf einen Fehler in der Einspritzung geschlossen. Folglich ist es anmeldungsgemäß möglich, die Unterschiede in der Drehmomentabgabe zwischen den Zylindern 102 und 105 durch eine Anpassung der Einspritzmasse auszugleichen.
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Falls die Unterschiede in der Drehmomentabgabe außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegen und die Unterschiede in der Einspritzmasse außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegen, jedoch die Unterschiede nicht miteinander korrespondieren, wird in Schritt 208 eine fehlerfrei Einspritzung festgestellt und eine sonstige Ursache für die unregelmäßige Verbrennung festgestellt. Die sonstige Ursache beziehungsweise der sonstige Fehler in der Verbrennung ist beispielsweise ein Kompressionsverlust eines oder mehrerer der Zylinder 102 bis 105 und/oder eine ungleichmäßige Abgasrückführung zu den Zylindern 102 bis 105.
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Durch die anmeldungsgemäße Querplausibilisierung der Drehmomentabgaben ermittelt aus der Kurbelwellenbeschleunigung, mit der Schätzung der Einspritzmassen kann eine fehlerhafte Verbrennung von einer fehlerhaften Einspritzung beziehungsweise in einem Defekt der Einspritzung unterschieden werden. Dies erlaubt eine exakte Diagnoseinformation der Einspritzung. Da die Einspritzkorrekturwerte auch für eine Bewertung der Einspritzung verwendet werden, ist es möglich, durch die zusätzliche Querplausibilisierung mit den ermittelten Kraftstoffdruckeinbrüchen eine fehlerhafte Diagnose zu vermeiden. Somit ist eine verlässliche Zylindergleichstellung bei Brennkraftmaschinen mit Direkteispritzung möglich. Dies führt zu einem verlässlichen Betrieb der Brennkraftmaschine 106.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 101
- Kraftstoffverteiler
- 102, 103, 104, 105
- Zylinder
- 106
- Brennkraftmaschine
- 107
- Kurbelwelle
- 108
- Drucksensor
- 110
- Vorrichtung
- 201–208
- Verfahrensschritte
- 401
- Druckabfall
- T
- Zeitpunkt
