DE102016225100B4 - Verfahren, Recheneinheit, Computerprogramm und Speichermedium zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors (18) eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine (10) eines Fahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (10) drehmomentübertragend mit einer elektrischen Maschine (40) gekoppelt ist, wobei im Stillstand des Fahrzeugsdie Brennkraftmaschine (10) mit einer vorbestimmten Drehzahl (n) und einer vorbestimmten Last betrieben und ein Wert eines von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) ermittelt wird, undwobei aus dem Wert des von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) auf die Einspritzmenge (m) des wenigstens einen Injektors (18) geschlossen wird, wobei ein Einspritzmengenverlauf basierend auf dem von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Strom (I) für mehrere unterschiedliche Lasten bestimmt wird und aus dem Verlauf auf eine Funktionsfähigkeit des wenigstens einen Injektors (18) geschlossen wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
- Stand der Technik
- Kraftstoffzumesssysteme ermöglichen die Zumessung des für eine Verbrennung in einer Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoffs mittels eines oder mehrerer Injektoren. Bei der Benzin-Direkteinspritzung und der Common-Rail-Einspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Für die Verbrennungsqualität und damit den Verbrauch sowie das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine ist die zugemessene Kraftstoffmenge von entscheidender Bedeutung.
- Die zugemessene Kraftstoffmenge wird jedoch durch Eigenschaften des Injektors selbst beeinflusst. Aufgrund von Exemplarstreuungen, die bei den in einer Brennkraftmaschine verwendeten Injektoren auftreten, ist die von unterschiedlichen Injektoren zugemessene Kraftstoffmenge für identische Ansteuerungen meist unterschiedlich, was eine verminderte Verbrennungsqualität mit sich bringen kann. Auch erzeugen nicht alle Zylinder der Brennkraftmaschine bei gleicher Ansteuerung das gleiche Drehmoment. Folge dieser Drehmomentunterschiede sind ein unrunder Motorlauf und eine erhöhte Emission.
- Mittels eines Hochlauftests kann die Mengenabweichung der verbauten Injektoren eines Verbrennungsmotors auch in einem Kraftfahrzeug in Endkundenbesitz einfach ohne Demontage geprüft werden. Die besonderen Bedingungen im Werkstattumfeld lassen veränderte Betriebsarten sowie fest definierte, stabile Betriebspunkte zu. Dies ist im Fahrbetrieb häufig nicht möglich, da die Steuerung der Brennkraftmaschine den Fahrerwunsch umsetzen muss. Unterschiedliche Einspritzmengen können bei dem Hochlauftest der Brennkraftmaschine erkannt werden, indem die Brennkraftmaschine ausgehend von einer bestimmten Ausgangsdrehzahl durch Vorgabe einer definierten Soll-Einspritzmenge für alle Injektoren außer einem für eine feste Zeitdauer beschleunigt wird (sog. Hochlaufen). Hierbei werden Genauigkeits-, Abgleichs- und Korrekturfunktionen mit ggf. in der Vergangenheit gelernten Werten unterdrückt, um den Ist-Zustand möglichst deutlich zu erkennen. Die dann erreichte Zieldrehzahl wird gemessen. Der nicht angesteuerte Injektor wird durchvariiert. Unterscheiden sich die Zieldrehzahlen bzw. weicht eine Zieldrehzahl signifikant vom Durchschnitt der anderen Zieldrehzahlen ab, kann daraus auf eine Abweichung der Ist-Einspritzmenge von der Soll-Einspritzmenge geschlossen werden.
- Dies hat jedoch den Nachteil, dass dort im Wesentlichen lediglich ein kleiner Drehzahlbereich zur Verfügung steht, in welchem die Injektoren allerdings nur einen kleinen Teil ihrer üblichen Menge abgeben. In diesem Mengenbereich können sich gegebenenfalls Fehler, die sich vor allem bei hoher Einspritzmenge auswirken, nicht stark genug auswirken, um detektierbar zu sein.
- Aus der
DE 10 2009 028 374 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mindestens mit einer Sekundärmaschine eine Antriebseinheit bildet, zur Einstellung verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors durch die Sekundärmaschine ein positives oder ein negatives Antriebsmoment auf den Verbrennungsmotor aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors in einem eingestellten Betriebspunkt bestimmt wird. - Aus der
US 5 461 289 A ist eine Vorrichtung, umfassend einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und eine Steuereinheit, bekannt. Die Steuereinheit ist eingerichtet, um ausgehend von einem Strom der elektrischen Maschine eine Einspritzung des Verbrennungsmotors zu regeln. - Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
- Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, die Belastung einer Brennkraftmaschine mittels einer elektrischen Maschine, welche drehmomentübertragend mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, vorzugeben. Der von der elektrischen Maschine für eine bestimmte Verbrennerdrehzahl erzeugte Strom ist dann Maß für die tatsächlich umgesetzte Kraftstoffmenge. Besonders eignen sich hierzu elektrische Maschinen von Hybridantrieben, da diese üblicherweise relativ leistungsstark sind und somit auch hohe Lastpunkte angefahren werden können. Jedoch können auch andere elektrische Maschinen, beispielsweise solche, welche für einen Rekuperationsbetrieb vorgesehen sind, oder solche von sog. 48V-Bordnetzen eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere die direkte Beurteilung der dem Motor zugeführten Energie durch eine Auswertung der Energiebilanz der elektrischen Maschine.
- Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Überprüfung der Injektoren und insbesondere Lokalisierung eines defekten Injektors in der Werkstatt, indem der Lastpunkt der Brennkraftmaschine für eine feste Drehzahl zu höheren Lasten im Fahrzeugstillstand verschoben wird. Maßgeblich dafür ist das Vorhandensein einer elektrischen Maschine, die der Brennkraftmaschine Last aufschalten kann und ihr so ermöglicht, höhere Einspritzmengen zu nutzen, ohne dass die Brennkraftmaschine „überdreht wird“ und eine zu hohe Drehzahl einstellt. Aus dem von der elektrischen Maschine erzeugten Strom kann dann auf die Einspritzmenge geschlossen werden.
- Ebenso können dabei Steller, die die Energieabgabe der Brennkraftmaschine beeinflussen, wie z.B. Abgasrückführventil, Drosselklappe, Drallklappe, Stauklappe, Turbolader usw., überprüft werden. Beispielsweise muss ein Öffnen und Schließen des Abgasrückführventils zu einer Veränderung der Energieabgabe der Brennkraftmaschine und damit zu einer Veränderung des Stroms führen, die ausgewertet werden kann. Gleiches gilt für den Turbolader oder die anderen Steller. So können defekte (z.B. klemmende) Steller diagnostiziert werden.
- Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge, insbesondere schon vor Beginn der Belastung, überprüft, ob bestimmte Freigabebedingungen erfüllt sind. Dazu gehört insbesondere die Prüfung eines Ladezustands einer von der elektrischen Maschine geladenen Batterie auf einen Maximal-Ladezustand. Diese muss nämlich in der Lage sein, die von der elektrischen Maschine abgegeben Energie aufzunehmen. Dazu gehört vorteilhafterweise auch das Prüfen einer elektrischen Funktionsfähigkeit der Komponenten der Brennkraftmaschine. Ist eine der Freigabebedingungen nicht erfüllt, wird die Belastung nicht freigegeben. Es kann vorgesehen sein, das Erfüllen der Freigabebedingung aktiv herbeizuführen, z.B. durch Entladen der Batterie. Vorzugsweise wird die Belastung freigegeben, wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind.
- Vorzugsweise werden vor dem Ermitteln der Einspritzmenge, insbesondere schon vor Beginn der Belastung, Funktionalitäten, die das Testergebnis beeinflussen können, gesperrt bzw. abgeschaltet. Dazu gehört z.B. eine Funktionalität zur Regeneration eines Partikelfilters oder Katalysators.
- Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Dazu gehört das Vorgeben der vorbestimmten Drehzahl. Vorzugsweise gehört dazu auch das Vorgeben wenigstens eines Parameters ausgewählt aus einem Druck in einem Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail), einer Stellung eines Abgasrückführventils, einer Stellung einer Drosselklappe, einer definierten Stellung eines Turbolader-Aktors usw. Auf diese Weise wird ein vergleichbares Ergebnis erhalten.
- Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge eine Mengengleichstellung bzw. Drehmomentgleichstellung der Injektoren durchgeführt, so dass jeder Injektor im Wesentlichen denselben Drehmomentbeitrag liefert. Beispielsweise werden in der
DE 195 27 218 A1 oder derDE 10 2004 010 412 A1 Verfahren zur Zylindergleichstellung (auch „Laufruheregelung“) offenbart, die auch unter dem Namen „Fuel Balance Control“ (FBC) bekannt sind. Hierbei werden mit Hilfe von Sensoreinrichtungen die jeweils aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst und der erfasste Verlauf der Drehzahl analysiert. Auf diese Weise können die Drehmomentschwankungen ermittelt werden, woraus auf Schwankungen der in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmassen rückgeschlossen werden kann. Unterschiede der eingespritzten Kraftstoffmassen können dann durch Korrektur der Soll-Einspritzmasse mit einem Massenkorrekturwert ausgeregelt werden. - Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder ein Werkstatttester, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
- Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
- Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzanlage und einer Mehrzahl von Injektoren. -
2 zeigt in einem Ablaufplan eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. -
3 zeigt Verläufe der Drehzahl und Einspritzmenge der Brennkraftmaschine und des von der elektrischen Maschine erzeugten Stroms bei Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. - Ausführungsform(en) der Erfindung
- In
1 ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzumesssystem, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt und mit10 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine10 kann beispielsweise ein Dieselmotor sein. - Die Brennkraftmaschine
10 weist einen Kraftstoffvorratsbehälter12 auf, aus dem mittels eines Fördersystems14 Kraftstoff in eine Kraftstoffhochdruckleitung16 gefördert wird. Das Fördersystem14 kann beispielsweise eine Hochdruckpumpe und eine Zumesseinheit aufweisen. - Die Kraftstoffhochdruckleitung
16 ist beispielsweise als Common-Rail ausgebildet. Die Kraftstoffhochdruckleitung16 ist mit Injektoren18 verbunden, die es ermöglichen, Kraftstoff direkt in den Injektoren18 jeweils zugeordnete Brennräume von Zylindern20 einzuspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine10 und insbesondere der Kraftstoffeinspritzanlage, die vorliegend das Fördersystem14 , die Kraftstoffhochdruckleitung16 und die Injektoren18 aufweist, wird von einer Recheneinheit, hier einem (Motor-)Steuergerät22 , gesteuert. Das Steuergerät22 ermöglicht die Erfassung von Eingabewerten, z.B. der aktuellen Drehzahl, und die Bereitstellung von Ausgabewerten bzw. die Ansteuerung von Aktoren, insbesondere die Ansteuerung der Injektoren18 . - Mit einer Kurbelwelle
24 der Brennkraftmaschine10 ist eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine40 , beispielsweise ein sog. Hybridantrieb, drehmomentübertragend, hier über einen Riementrieb30 , verbunden. Die elektrische Maschine40 ist ebenfalls durch das Steuergerät22 ansteuerbar. Die elektrische Maschine40 ist über einen Stromrichter41 mit einem eine Batterie42 aufweisenden Bordnetz des Fahrzeugs verbunden. - Das Steuergerät
22 ist programmtechnisch dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die2 und3 beschrieben. Vorteilhafterweise wird so eine Methode erhalten, die Injektoren durch ein im Steuergerät oder in einem Werkstatt-Tester mit entsprechenden Schnittstellen ins Steuergerät ablaufendes Programm zu diagnostizieren. Dabei zeigt2 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und3 Verläufe der Drehzahln und Einspritzmengem der Brennkraftmaschine10 und des von der elektrischen Maschine erzeugten StromsI über die Zeitt bei Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. - In einem optionalen Schritt
401 wird zunächst überprüft, ob vorgesehene Freigabebedingungen erfüllt sind. Dazu gehört insbesondere die Überprüfung des Ladezustands der Batterie42 dahingehend, dass die Batterie nicht vollständig geladen, sondern in der Lage ist, die während der Überprüfung erzeugte elektrische Energie aufzunehmen. - Nur wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind, wird mit einem ebenfalls optionalen Schritt
402 fortgefahren, in welchem Funktionalitäten, die das Testergebnis beeinflussen können, wie insbesondere eine Regenerationsfunktionalität eines Partikelfilters oder eines Katalysators, gesperrt werden. - In einem Schritt
403 wird die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Insbesondere wird dabei eine Soll-Drehzahln vorgegeben, beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl oder eine gegenüber der Leerlaufdrehzahl erhöhte Drehzahl. Weiterhin kann das Bringen in einen definierten Betriebszustand das Vorgeben von Sollwerten für einen Druck im Hochdruckspeicher16 sowie das Vorgeben von Sollwerten für weitere Komponenten der Brennkraftmaschine10 , wie insbesondere Abgasrückführventil, Drosselklappe, Turbolader-Aktoren usw. umfassen. Die aktuelle Einspritzmengem wird zweckmäßigerweise gespeichert. - In einem Schritt
404 beginnt dann zu einem ersten Zeitpunktt0 (siehe3 ) das eigentliche Überprüfen der Injektoren18 . Insbesondere wird dabei schrittweise oder (quasi-) kontinuierlich eine Last von der elektrischen Maschine40 erhöht. Diese Last muss die Brennkraftmaschine10 mehr leisten, um die Drehzahln konstant zu halten. Dadurch steigt die Gesamt-Einspritzmengem an. Vorzugsweise werden gleichzeitig die relativen Einspritzmengen der einzelnen Injektoren untereinander so angepasst, dass alle Injektoren den gleichen Momentenbeitrag liefern. - Das Antreiben der elektrischen Maschine
40 durch die Brennkraftmaschine10 führt zu Stromerzeugung. Der erzeugte Strom kann gemessen und direkt ins Verhältnis zu dem erzeugten Motormoment durch die Einspritzung gesetzt werden. Insbesondere kann ein Ladestrom in die Batterie42 gemessen werden. - Soll ein gewünschter Soll-Strom in die Batterie erhalten werden, kann in Schritt
405 iterativ die Einspritzmengem angepasst werden, bis der Ist-Strom dem Soll-Strom, z.B. zum Zeitpunktt1 , entspricht. Auf diese Weise kann ein Unterschied der Einspritzmengem zwischen „Ladestrom0 “ und „LadestromX “ bzw. ein Einspritzmengenverlauf von „Ladestrom0 “ (t0 ) bis „LadestromX “ (t1 ) ermittelt werden. Zur Auswertung kann ein Vergleich insbesondere mit Referenzwerten stattfinden. Z.B. kann der Referenzwert eine Erhöhung des Ladestroms um 10A für eine Erhöhung der Einspritzmenge pro Arbeitsspiel um 10 mg beschreiben. - Wenn mehr oder weniger Einspritzmenge benötigt wird, ist die tatsächlich eingespritzte Gesamt-Einspritzmenge nicht korrekt. Gleichzeitig können durch die bereits beschriebene Drehmomentgleichstellung Relativkorrekturwerte der Einspritzmenge berechnet werden. Durch Kombination dieser beiden Korrekturverfahren kann die Information gewonnen werden, wie groß der absolute Individualfehler jedes einzelnen Injektors ist. Somit können einzelne Injektoren als fehlerhaft diagnostiziert werden, wenn der benötigte Korrekturwert zu groß ist.
- Optional kann nun in einem Schritt
406 zu einem Zeitpunktt2 ein die Energieabgabe der Brennkraftmaschine10 beeinflussender Steller überprüft werden. Dabei wird ein Einstellwert des Stellers, beispielsweise ein Öffnungsgrad eines Abgasrückführventils, verändert, beispielsweise erhöht werden. Dies führt im genannten Beispiel zu einer Leistungsabnahme der Brennkraftmaschine10 , so dass bei gleichbleibender Einspritzmengem nur mehr eine geringere elektrische Last zum Konstanthalten der Drehzahln nötig ist. In der Folge sinkt der StromI . Aus dem Ausmaß dieses Absinkens kann auf die Funktionsfähigkeit des Stellers geschlossen werden. - In einem Schritt
407 endet das Verfahren, z.B. auf Wunsch eines Servicetechnikers oder wenn wenigstens eine Freigabebedingung nicht weiter erfüllt sind (z.B. Batterie voll).
Claims (8)
- Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors (18) eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine (10) eines Fahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (10) drehmomentübertragend mit einer elektrischen Maschine (40) gekoppelt ist, wobei im Stillstand des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine (10) mit einer vorbestimmten Drehzahl (n) und einer vorbestimmten Last betrieben und ein Wert eines von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) ermittelt wird, und wobei aus dem Wert des von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) auf die Einspritzmenge (m) des wenigstens einen Injektors (18) geschlossen wird, wobei ein Einspritzmengenverlauf basierend auf dem von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Strom (I) für mehrere unterschiedliche Lasten bestimmt wird und aus dem Verlauf auf eine Funktionsfähigkeit des wenigstens einen Injektors (18) geschlossen wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei der von der elektrischen Maschine (40) erzeugte Strom (I) durch Variation der Einspritzmenge (m) des wenigstens einen Injektors (18) auf einen Sollwert geregelt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Einstellwert eines die Energieabgabe der Brennkraftmaschine beeinflussenden Stellers verändert wird, und aus dem Wert des von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) auf die Funktionsfähigkeit des Stellers geschlossen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Ermitteln des von der elektrischen Maschine (40) erzeugten Stroms (I) - überprüft wird, ob wenigstens eine Freigabebedingung erfüllt ist, und/oder - wenigstens eine Funktionalität, die das Testergebnis beeinflussen kann, gesperrt wird, und/oder - die Brennkraftmaschine (10) in einen definierten Betriebszustand gebracht wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in einer Werkstatt durchgeführt wird.
- Recheneinheit (22), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
- Computerprogramm, das eine Recheneinheit (22) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
- Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach
Anspruch 7 .
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