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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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Es ist eine Reihe von Lernfunktionen bekannt, die jeweils mit bestimmten Eingangsgrößen beaufschlagt werden, um Nominalwertabweichungen von realen Bauteilen auszugleichen. Lernfunktionen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise bei FBC (Fuel Balance Control; Ausgleich der Zylinderstreuung der Einspritzmenge), IQA (engl. Injector Quantity Adjustment; Kompensation der Fertigungstoleranz bei der Injektorfertigung), MCC (Model Based Charge Control; modellgestützte Laderegelung), PWC (Pressure Wave Compensation; Kompensation hydraulischer Schwingungen), MBC (Model Based Boost Pressure Control; modellgestützte Ladedruckregelung), ZFC (Zero Fuel Calibration; Korrektur der Voreinspritzung, Nullmengenkalibration), FMA (Fuel Mean Value Adaption; lambdabasierte Luftmassen- und Luftmengenkorrektur) und FMO (Fuel Mass Observer; lambdabasierte Korrektur der Menge bei Volllast) vorgesehen, die überwiegend Dieselmotoren betreffen. Bei Benzinmotoren existieren Lernfunktionen beispielsweise für die Gemisch- oder die Verlustmomentenadaption.
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Beispielsweise werden in der
DE 195 27 218 A1 oder der
DE 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.
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In der Werkstatt können einzelne Lernfunktionen bzw. deren Ausgabe- oder Korrekturwerte zur Diagnose z.B. der Injektoren herangezogen werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dort im Wesentlichen lediglich der Leerlauf zur Verfügung steht, in welchem die Injektoren allerdings nur rund 10% 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.
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Um die Einspritzmenge stark zu erhöhen, ist jedoch z.B. eine Testfahrt erforderlich, was die Auswertung erschwert. Insbesondere ist eine Erfassung der interessierenden Werte zur Laufzeit dabei üblicherweise nicht möglich. Auch variiert das Lastprofil stark.
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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.
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Aus der
DE 10 2006 000 217 A1 ist eine Brennstoffeinspritz-Steuervorrichtung bekannt, bei der mittels eine Generators verschiedene Lastwerte an einer Brennkraftmaschine vorgegeben werden können, sodass verschiedene Einspritzmengen abgesetzt werden. Hierbei wird ein Injektor überwacht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Überprüfen 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.
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Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, die Belastung einer Brennkraftmaschine zu Diagnosezwecken mittels einer elektrischen Maschine, welche drehmomentübertragend mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, vorzugeben. 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.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Überprüfung der Injektoren und insbesondere Lokalisierung eines defekten Injektors, indem der Lastpunkt der Brennkraftmaschine zu höheren Lasten im Fahrzeugstillstand verschoben wird.
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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. Für die Überprüfung wird jeweils wenigstens ein Diagnosewert für jede Laststufe ermittelt, welche dann vorzugsweise ausgewertet oder miteinander in Beziehung gesetzt werden können. Ein besonders bevorzugter Diagnosewert ist ein Massenkorrekturwert, insbesondere ein FBC-Wert für die im aktuellen Betriebspunkt erforderliche Massenkorrektur pro Injektor. Dabei können die Laststufen unterschiedliche Drehzahlen besitzen.
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Eine besonders umfangreiche Überprüfung ist möglich, indem möglichst viele unterschiedliche Betriebspunkte eines Injektors überprüft werden. Ein Betriebspunkt für den Injektor wird insbesondere charakterisiert durch Raildruck und Einspritzmenge (bzw. Ansteuerdauer, die sich aus Raildruck und gewünschter Einspritzmenge ergibt). Um andere Betriebspunkte einzustellen, kann es notwendig sein, die Drehzahl zu verändern.
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Ebenso können auf diese Weise Steller, die die hydraulische Mengenbilanz des Kraftstoffzumesssystems beeinflussen, wie z.B. Hochdruckpumpe, Zumesseinheit, Mengensteuerventil, (regelbare) Niederdruckpumpe bzw. Vorförderpumpe, bspw. eine elektrische Zahnradpumpe etc. (alle pumpenseitig) oder Druckregelventil, Druckbegrenzungsventil (auf Seiten des Kraftstoffrails), überprüft werden. Öffnet während des Belastens beispielsweise die Zumesseinheit überproportional stark, obwohl das Druckregelventil im Rail geschlossen ist, kann auf einen Defekt in der Kraftstoffversorgung (z.B. zu wenig Zulauf) geschlossen werden. Gleiches gilt bei einem Benzinfahrzeug für die Stellung des Mengensteuerventils.
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Das Aufschalten einer Last kann vorzugsweise auch dazu genutzt werden, Lernwerte für eine Lernfunktion bereits in der Werkstatt zu erzeugen, um auf diese Weise z.B. einen Reparatur-Erfolg zu verifizieren.
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Vorzugsweise wird vor Beginn der Diagnose 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 des Kraftstoffzumesssystems. Ist eine der Freigabebedingungen nicht erfüllt, wird die Diagnose nicht freigegeben. Es kann vorgesehen sein, das Erfüllen der Freigabebedingung aktiv herbeizuführen, z.B. durch Entladen der Batterie. Vorzugsweise wird die Diagnose freigegeben, wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind.
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Vorzugsweise werden vor Beginn der Diagnose Funktionalitäten, die das Testergebnis beeinflussen können, gesperrt bzw. abgeschaltet. Dazu gehört z.B. eine Funktionalität zur Regeneration eines Partikelfilters oder Katalysators.
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Vorzugsweise wird vor Beginn der Diagnose die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Dazu gehört das Vorgeben einer definierten 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.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder ein Werkstatttester, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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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.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 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.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzumesssystem, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 kann beispielsweise ein Dieselmotor sein.
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Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 12 auf, aus dem mittels eines Fördersystems 14 Kraftstoff in eine Kraftstoffhochdruckleitung 16 gefördert wird. Das Fördersystem 14 kann beispielsweise eine Hochdruckpumpe und eine Zumesseinheit aufweisen.
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Die Kraftstoffhochdruckleitung 16 ist beispielsweise als Common-Rail ausgebildet. Die Kraftstoffhochdruckleitung 16 ist mit Injektoren 18 verbunden, die es ermöglichen, Kraftstoff direkt in den Injektoren 18 jeweils zugeordnete Brennräume von Zylindern 20 einzuspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 und insbesondere der Kraftstoffeinspritzanlage, die vorliegend das Fördersystem 14, die Kraftstoffhochdruckleitung 16 und die Injektoren 18 aufweist, wird von einer Recheneinheit, hier einem (Motor-)Steuergerät 22, gesteuert. Das Steuergerät 22 ermöglicht die Erfassung von Eingabewerten, z.B. der aktuellen Drehzahl, und die Bereitstellung von Ausgabewerten bzw. die Ansteuerung von Aktoren, insbesondere die Ansteuerung der Injektoren 18.
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Mit einer Kurbelwelle 24 der Brennkraftmaschine 10 ist eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine 40, beispielsweise ein sog. Hybridantrieb, drehmomentübertragend, hier über einen Riementrieb 30, verbunden. Die elektrische Maschine 40 ist ebenfalls durch das Steuergerät 22 ansteuerbar. Die elektrische Maschine 40 ist über einen Stromrichter 41 mit einem eine Batterie 42 aufweisenden Bordnetz des Fahrzeugs verbunden.
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Das Steuergerät 22 ist programmtechnisch dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 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 zeigt 2 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und 3 Verläufe von Massenkorrekturwerten „FBC“ über die Zeit t bei Durchführung des Verfahrens.
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In einem optionalen Schritt 401 wird zunächst überprüft, ob vorgesehene Freigabebedingungen erfüllt sind. Dazu gehört insbesondere die Überprüfung des Ladezustands der Batterie 42 dahingehend, dass die Batterie nicht vollständig geladen, sondern in der Lage ist, die während der Überprüfung erzeugte elektrische Energie aufzunehmen.
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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.
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In einem Schritt 403 wird die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Insbesondere wird dabei als Soll-Drehzahl die Leerlaufdrehzahl vorgegeben. Weiterhin kann das Bringen in einen definierten Betriebszustand das Vorgeben von Sollwerten für einen Druck in der Kraftstoffhochdruckleitung (Rail) 16 sowie das Vorgeben von Sollwerten für weitere Komponenten der Brennkraftmaschine 10, wie insbesondere Abgasrückführventil, Drosselklappe, Turbolader-Aktoren usw. umfassen.
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In einem Schritt 404 beginnt dann zu einem ersten Zeitpunkt t0 das eigentliche Überprüfen der Injektoren 18. Insbesondere wird für jeden zu überprüfenden Injektor 18 ein Massenkorrekturwert bzw. FBC-Wert als Diagnosewert ermittelt.
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Im weiteren Verlauf wird anschließend in einem Schritt 405 eine Last an der Brennkraftmaschine 10 mittels der elektrischen Maschine 40 erhöht, was schrittweise oder kontinuierlich geschehen kann.
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In einem Schritt 406 wird dann zumindest zu einem zweiten Zeitpunkt t1 ein zweiter FBC-Wert als Diagnosewert ermittelt. Vorzugsweise wird jedoch eine Vielzahl von Diagnosewerten bereits zwischen dem ersten Zeitpunkt t0 und dem zweiten Zeitpunkt t1 für eine jeweils unterschiedliche Last an der Brennkraftmaschine 10 ermittelt. Eine besonders umfangreiche Überprüfung ist möglich, indem unterschiedliche Betriebspunkte eines Injektors überprüft werden. Ein Betriebspunkt für den Injektor wird insbesondere charakterisiert durch Raildruck und Einspritzmenge (bzw. Ansteuerdauer, die sich aus Raildruck und gewünschter Einspritzmenge ergibt). Um andere Betriebspunkte einzustellen, kann es notwendig sein, die Drehzahl zu verändern. Ein solcher Verlauf von Diagnosewerten für unterschiedliche Injektoren ist in 3 dargestellt.
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Die unter „FBC“ und in den einleitenden referenzierten Druckschriften beschriebene Funktionalität arbeitet als Relativkorrektur für die Einspritzmengen der Injektoren, wobei die Gesamtmenge im Wesentlichen gleich bleibt. In 3 ist zu sehen, dass eine Einspritzmengenkorrektur von drei Injektoren I1, I3 und I4 mit steigender Last sinkt, während der Injektor I2 eine starke Abweichung in Richtung positiver Korrekturmenge zeigt. Bei Auswertung durch das Steuergerät oder den Werkstatttester könnte man als Grenzwert für das Feststellen eines fehlerhaften Verhaltens eine individuelle Abweichung eines Injektors vom Durchschnitt der anderen Injektoren definieren. Ebenfalls sieht man, dass im Leerlauf-Lastpunkt der Injektor I2 noch unauffällig ist. Das ist ein typisches Verhalten für Diesel-Injektoren, welchem mit der Erfindung begegnet werden kann.
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Optional können gleichzeitig zwischen einem dritten Zeitpunkt (welcher dem ersten Zeitpunkt entsprechen kann) und einem vierten Zeitpunkt (welcher dem zweiten Zeitpunkt entsprechen kann) auch Steller, welche die hydraulische Mengenbilanz des Kraftstoffzumesssystems beeinflussen, wie z.B. eine Hochdruckpumpe oder Zumesseinheit, durch Ermittlung zugehöriger Diagnosewerte überprüft werden. Bspw. kann man die Stellung der Zumesseinheit mit Schwellwerten vergleichen, um einen möglichen Defekt zu detektieren. Ein passendes Diagnosekriterium wäre bspw. ein Absolutwert des eingeregelten (elektrischen oder Volumen-) Stroms der Zumesseinheit oder eine Differenz des Stroms zwischen dem vierten und dem dritten Zeitpunkt. Zur Überprüfung der Hochdruckpumpe kann als Diagnosewert der Fördervolumenstrom dienen. Ein zu niedriger Fördervolumenstrom kann bspw. auf undichte Saugventile hindeuten.
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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).
