-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen in Kraftstoff-Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, ein Steuergerät zur Steuerung eines solchen Verbrennungsmotors sowie ein Computerprogramm zur Steuerung eines computergesteuerten Steuergeräts für einen solchen Verbrennungsmotor.
-
Stand der Technik
-
Anforderungen an die Diagnose für das Kraftstoffsystem von Benzinmotoren werden aus Gründen der Emissionseinhaltung stetig anspruchsvoller. So kann es bspw. wünschenswert sein, erkennen zu können, wenn Kraftstoff ungewollt über den Ventilsitz in den Brennraum austritt.
-
Solche Undichtigkeiten bzw. Leckagen können je nach Ausprägung zu unterschiedlichen Fehlerreaktionen am Verbrennungsmotor führen und sind daher nur schwer zuverlässig zu bestimmen.
-
Zur Detektion von leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventilen sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, die den zeitlichen Verlauf des Raildrucks mittels eines verbauten Hochdrucksensors auswerten. Zusätzlich, aber auch alternativ kann die Brennstabilität der einzelnen Zylinder bewertet werden, welches es ermöglicht, durch die Bewertung der Brennstabilität, Leckagen zylinderspezifisch zuzuordnen.
-
Jedoch ist die Erkennung solcher Leckagen bzw. Defekte in der Werkstatt mit den bekannten Verfahren äußerst schwierig. Um den Defekt in der entsprechenden Ausprägung erkennbar zu machen, muss das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum stehen. Ferner ist ein solcher Defekt nur durch eine Abgasmessung während des Startvorgangs zuverlässig nachweisbar.
-
Offenbarung der Erfindung:
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, das Erkennen von Leckagen in Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors zu verbessern und insbesondere Leckagen in der Werkstattumgebung zuverlässig erkennen und zylinderspezifisch zuordnen zu können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. So sind in einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Erkennen von Leckagen in Kraftstoff-Einspritzventilen, insbesondere in Hochdruckeinspritzventilen, eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit wenigstens einem Zylinder die folgenden Schritte vorgesehen: Starten des Verbrennungsmotors; Betreiben des Verbrennungsmotors, bis dieser eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht hat; Aktivieren einer wenigstens teilweise in oder an einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordneten Messsensorik; Abschalten des Verbrennungsmotors; Abwarten eines vorgegebenen Stillstandzeitraumes; nach Ablauf des vorgegebenen Stillstandzeitraumes: Aktivieren des Starters bei deaktivierter Kraftstoffeinspritzung und Zündung, um den Inhalt des wenigstens einen Zylinders in den Abgastrakt zu pumpen; Erfassen wenigstens eines Signals mit der Messsensorik für einen vorgegebenen Messzeitraum; und Auswerten des wenigstens einen erfassten Signals, um eine Leckage in wenigstens einem Kraftstoff-Einspritzventil des Verbrennungsmotors zu bestimmen.
-
Das Verfahren kann in der Software der Motorsteuerung hinterlegt sein und durch das Verbinden eines Werkstatttesters bzw. eines Diagnosetesters mit dem Fahrzeug von dem Werkstatttester gestartet werden. Dazu wird der Werkstatttester über Schnittstellen in der Software der Motorsteuerung, sogenannte ATS-Eingriffe, die Ansteuerungsvorgaben über eine Eingabe am gekoppelten Werkstatttester an Aktuatoren ermöglichen, mit dem Fahrzeug verbunden. Nach dem Durchlaufen aller Schritte des Verfahrens, werden die Ergebnisse der Auswertung an dem Werkstatttester ausgegeben. Die Bereitschaft der Messsensorik wird ab ihrer Aktivierung für die Dauer des noch verbleibenden Verfahrens aufrechterhalten.
-
Bei älteren Fahrzeugen, bei denen das Verfahren nicht in der Software der Motorsteuerung implementiert ist, kann das Verfahren im Werkstatttester hinterlegt sein und über ATS-Eingriffe in die Motorsteuerung durchgeführt werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine Leckage von Kraftstoff-Einspritzventilen, insbesondere von Hochdruckeinspritzventilen, eindeutig, zuverlässig und auf standardisierte Weise dem entsprechenden Kraftstoff-Einspritzventil zuzuordnen. Dies wird erreicht, indem das Kraftstoffversorgungssystem zunächst durch das Starten und Betreiben des Verbrennungsmotors auf Betriebstemperatur gebracht wird, wodurch sich die Viskosität des Kraftstoffs ändert. Aufgrund der Erwärmung wird der Kraftstoff flüssiger, und kann somit durch kleinere Undichtigkeiten entweichen als zähflüssiger Kraftstoff. Dadurch sind Leckagedefekte - sofern vorhanden - stärker ausgeprägt. Zusätzlich wird dadurch die Betriebsbereitschaft der Messsensorik hergestellt, die anschließend aktiviert wird. Durch das Erwärmen des Verbrennungsmotors auf eine vorgegebene Betriebstemperatur vor dem Aktivieren der Messsensorik wird verhindert, dass Beschädigungen an der Messsensorik auftreten.
-
Das Abschalten des Verbrennungsmotors und das Abwarten eines vorgegebenen Stillstandzeitraumes, wobei die Betriebsbereitschaft der Messsensorik aufrechterhalten wird, bewirkt, dass sich eine defektrelevante und detektierbare Menge Kraftstoff durch eine ggf. vorhandene Leckage im Zylinder ansammelt. Darüber hinaus wird für den weiteren Verlauf sowohl die Kraftstoffeinspritzung als auch die Zündung deaktiviert.
-
Durch das Aktivieren des Starters bei deaktivierter Kraftstoffeinspritzung und Zündung wird der Verbrennungsmotor von dem Starter als „Luftpumpe“ betrieben, welche den Inhalt des wenigstens einen Zylinders in den Abgastrakt pumpt. Anschließend wird mit der Messsensorik wenigstens ein Signal für einen vorgegebenen Messzeitraum erfasst und anschließend in einem weiteren Schritt ausgewertet, um eine Leckage in wenigstens einem Kraftstoff-Einspritzventil des Verbrennungsmotors zu erkennen.
-
Liegt an keinem der Kraftstoff-Einspritzventile ein Defekt vor, wird durch das Betreiben des Verbrennungsmotors als „Luftpumpe“ lediglich reine Luft gefördert und das Signal der Messsensorik steigt auf einen Wert, der dem Wert frischer Luft entspricht. Im Defektfall, d.h. bei Vorliegen einer Leckage, wird durch das Betreiben des Verbrennungsmotors als „Luftpumpe“ ein Luft-Kraftstoff-Gemisch gefördert, und das Signal der Messsensorik zeigt einen der Leckagestärke entsprechenden Wert an. Für den Fall, dass eine Leckage vorliegt, kann im Schritt „Auswerten des wenigstens einen erfassten Signals“ bestimmt werden, an welchem der Kraftstoff-Einspritzventile des Verbrennungsmotors die Leckage vorliegt.
-
Die Ausführung dieses Verfahrens in einer Werkstattumgebung ermöglicht es, definierte und reproduzierbare Randbedingungen auszunutzen, insbesondere ein Aktivieren bzw. Ansteuern des Starters ohne Kraftstoffeinspritzung und ohne Zündung, um Defekte zu erkennen und dem entsprechenden Zylinder bzw. dem entsprechenden Kraftstoff-Einspritzventil zuzuordnen. Ein weiterer Vorteil der Werkstattumgebung ist, dass der Raildruck, d.h. der Druck in der Kraftstoffzuführung, vorgegeben werden kann. Bei höherem Raildruck pro Zeiteinheit gelangt eine größere Kraftstoffmenge in den jeweiligen Zylinder, was zu einer verbesserten Güte der Defekterkennung führt. Darüber hinaus können typische Unschärfequellen für die Messung, z.B. im Fahrbetrieb übliche Quellen für Kohlenwasserstoffe (HC), wie bspw. die Einspritzung oder Tankentlüftung, in der Werkstattumgebung deaktiviert bzw. unterbunden werden.
-
Die abhängigen Patentansprüche beanspruchen weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, die nachfolgend erläutert werden.
-
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Messsensorik eine in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Lambdasonde (λ-Sonde), insbesondere eine Breitbandlambdasonde, umfasst. Die Lambdasonde ist ein Sauerstoffpartialdrucksensor, der sich auch durch eine Querempfindlichkeit auf Kohlenwasserstoffe (HC) auszeichnet.
-
Lambdasonden eignen sich zur Ermittlung des Sauerstoffanteils der Verbrennungsluft, woraus Schlüsse hinsichtlich der verbrannten Kraftstoffmenge gezogen werden können. Durch die Eigenschaft der HC-Querempflindlichkeit sind Lambdasonden darüber hinaus geeignet, zu ermitteln, ob die von dem als Luftpumpe betriebenen Verbrennungsmotor beförderte Luft mit Kraftstoff vermischt ist. Mittels einer einfachen Lambdasonde kann das Verbrennungsluftverhältnis λ nur in einem sehr engen Wertebereich um λ=1 bestimmt werden. Eine Breitbandlambdasonde ist eine Variante einer einfachen Lambdasonde, die speziell für den Einsatz in Verbrennungsmotoren mit Kraftstoff-Direkteinspritzung entwickelt wurde. Breitbandlambdasonden können in einem λ-Wertebereich von 0,8 und höher zuverlässig eingesetzt werden.
-
In einer Ausführungsform umfasst der vorgegebene Stillstandzeitraum einen Zeitraum von mindestens 1 bis 10 Minuten, insbesondere einen Zeitraum von mindestens 5 Minuten. Es sind aber auch Zeiträume von mehr als 10 Minuten denkbar. Der Stillstandzeitraum des Verbrennungsmotors dient dazu, dass sich im Leckagefall eine detektierbare Menge Kraftstoff im entsprechenden Zylinder ansammelt. Der angegebene Zeitraum von mindestens 1 bis 10 Minuten ist als beispielhaft anzusehen und resultiert aus einem Kompromiss eines ausreichend langen Zeitraums, um eine detektierbare Menge Kraftstoff im entsprechenden Zylinder anzusammeln einerseits und einem für eine Werkstatt wirtschaftlich vertretbaren Zeitraum zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens andererseits.
-
In einer Ausführungsform umfasst der vorgegebene Messzeitraum einen Zeitraum von mindestens 1 bis 10 Sekunden, insbesondere einen Zeitraum von mindestens 2 Sekunden. Der Messzeitraum kann aber auch länger als 10 Sekunden betragen. Der angegebene Zeitraum basiert auf einer Annahme für die Zeit, die der Verbrennungsmotor benötigt, um im „Luftpumpen“-Betrieb die Verbrennungskammer jedes Kraftstoff-Einspritzventils zu entleeren.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Auswerten des wenigstens einen erfassten Signals der Messsensorik, das Vergleichen einer Zeitdauer bis zu einem ersten Anstieg des Signals nach dem Aktivieren des Starters mit einem vorgegebenen Zeitdauer-Schwellwert und/oder das Vergleichen einer Steigung des Signals mit einem vorgegeben Steigungs-Schwellwert. Die jeweiligen Schwellwerte sind fahrzeugspezifische Werte, die insbesondere in der Software der jeweiligen Motorsteuerung hinterlegt sind.
-
In einer Ausführungsform wird eine Leckage in wenigstens einem Kraftstoff-Einspritzventil festgestellt, wenn die Zeitdauer bis zu einem ersten Anstieg des Signals größer als der vorgegebene Zeitdauer-Schwellwert ist und/oder die Steigung des Signals kleiner als der vorgegebene Steigungs-Schwellwert ist.
-
Ein Luftpaket aus einem Zylinder mit einem leckagefreien Kraftstoff-Einspritzventil enthält reine, also sozusagen frische, Luft und bewirkt einen starken ersten Anstieg des Signals. Ein Luftpaket aus einem Zylinder mit einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil enthält ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und bewirkt einen schwächeren ersten Anstieg des Signals als ein Luftpaket aus einem Zylinder mit einem leckagefreien Kraftstoff-Einspritzventil. Daher kann das Auswerten des wenigstens einen erfassten Signals der Messsensorik auch das Vergleichen des Signals mit einem vorgegebenen Signal-Schwellwert umfassen.
-
Eine Auswertung der Zeitdauer bis zum ersten Anstieg des Signals ist aber zuverlässiger als das Vergleichen des Signals mit einem vorgegebenen Signal-Schwellwert, insbesondere wenn die Abweichung nur sehr gering ist. Daher wird bevorzugt die Zeitdauer bis zum ersten Anstieg des Signals mit einem vorgegebenen Zeitdauer-Schwellwert verglichen. Der vorgegebene Zeitdauer-Schwellwert entspricht der Zeitdauer, die ein Frischluftpaket von den Auslassventilen des Verbrennungsmotors bis zur Messsensorik benötigt. Dieser Zeitdauer-Schwellwert ist fahrzeugabhängig, da die Anordnung der Messsensorik variieren kann. Ist die gemessene Zeitdauer größer als der Zeitdauer-Schwellwert, stammt dieses Luftpaket von einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil.
-
Das Vergleichen einer Steigung des Signals mit einem vorgegeben Steigungsschwellwert ist zur Bestimmung von Leckagen nach dem ersten Anstieg relevant. Ist die gemessene Steigung des Signals kleiner als der vorgegebene Steigungsschwellwert, entspricht dies einer Abschwächung der Steigung des Signals und man spricht von einer sogenannten „Plateauerkennung“, da diese Abschwächung der Steigung des Signals im Verlauf eine Art Plateau bilden kann, wenn sich die Steigung auf nahezu Null abschwächt.
-
Hierbei ist zu beachten, dass der Steigungsschwellwert unterschiedlich sein kann, je nachdem, ob der erste Anstieg von einem leckagebehafteten oder einem leckagefreien Kraftstoff-Einspritzventil stammt. Daher müssen entweder unterschiedliche Schwellwerte hinterlegt sein, oder zunächst das erste leckagebehaftete Kraftstoff-Einspritzventil ausgetauscht oder repariert werden und anschließend das Verfahren erneut durchgeführt werden.
-
In einer Ausführungsform umfasst das Auswerten des wenigstens einen Signals ferner, einen Abstand zwischen dem Aktivieren des Starters und dem Feststellen einer Leckage in wenigstens einem Kraftstoff-Einspritzventil zu bestimmen und das zumindest eine defekte Kraftstoff-Einspritzventil basierend auf dem so bestimmten Abstand zu identifizieren.
-
Der Abstand zwischen dem Aktivieren des Starters und dem Feststellen einer Leckage in wenigstens einem Kraftstoff-Einspritzventil ist abhängig von der Geometrie des Abgastrakts, insbesondere die Wegstrecke zwischen den Auslassventilen und der Messsensorik.
-
In einer Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem Aktivieren des Starters und dem Feststellen einer Leckage mittels der Motorposition, insbesondere dem Drehwinkel einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, beim Feststellen der Leckage relativ zur Motorposition während des Stillstandzeitraumes bestimmt. Die Motorposition ist als relevante Größe für die Messung des Abstands besonders geeignet, da der Verbrennungsmotor in diesem Ablauf als „Luftpumpe“ betrieben wird, die einzelne Luftpakete in den Abgastrakt schiebt. Somit kann die Herkunft der Luftpakete bezogen auf die einzelnen Zylinder und somit die zugehörigen Kraftstoff-Einspritzventile bestimmt werden. Darüber hinaus ist die Motorposition, im Gegensatz zur einer rein zeitlichen Messung des Abstandes, unabhängig von Drehzahlschwankungen, wie sie beispielsweise durch Schwankungen der Batteriespannung verursacht werden können.
-
Für den Fall einer Abschwächung der Steigung des Signals wird deren Abstand in der Motorposition, z.B. repräsentiert durch den Drehwinkel der Kurbelwelle, zum Erstanstieg des Signals unter Berücksichtigung der Motorposition im vorhergehenden Motorstillstand bestimmt, um das zugehörige leckagebehaftete Kraftstoff-Einspritzventil zu identifizieren.
-
Eine alternative Möglichkeit zur Bestimmung des ersten Anstiegs des Signals, auch als erstes Charakteristikum bezeichnet, und der Abschwächung der Steigung des Signals, auch als zweites Charakteristikum bezeichnet, ist die Ableitung aus einem integrierten oder differenzierten (Lambda-)Signalverlauf. Das erste Charakteristikum ist im integrierten Signalverlauf als Wechsel von einer linearen zu einer exponentiellen Steigung erkennbar. Das zweite Charakteristikum ist im integrierten Signalverlauf als Wechsel von einer starken exponentiellen Steigung zu einer linearen oder schwachen exponentiellen Steigung erkennbar. Im differenzierten, mathematisch abgeleiteten Signalverlauf ist das erste Charakteristikum als erster Wechsel auf einen positiven Wert erkennbar. Das zweite Charakteristikum ist im differenzierten Signalverlauf als Rückgang auf einen niedrigeren Wert, in manchen Fällen sogar bis zur Nulllinie, bzw. als lokales Minimum, erkennbar. Ähnliche Zusammenhänge können auch für weitere Umformungen des ursprünglichen (Lambda-)Signalverlaufs hergeleitet werden.
-
In einer Ausführungsform ist die Größe des Signals der Messsensorik ein Maß für das Ausmaß der Leckage. So kann anhand des Signalverlaufs die Ausprägung der Leckage erkannt werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch ein Steuergerät zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Steuergerät weist insbesondere ein Speicherelement auf, das dazu ausgelegt ist, motorspezifische Werte zu speichern.
-
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Computerprogramm zur Steuerung eines computergesteuerten Steuergeräts für einen Verbrennungsmotor gelöst, wobei das Computerprogramm dazu ausgelegt ist, das Steuergerät derart zu steuern, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
-
Ein solches Computerprogramm kann bspw. auf einem Werkstattdiagnosegerät bzw. einem Werkstatttester installiert sein, der über die sogenannten ATS-Eingriffsschnittstellen mit dem Steuergerät des Verbrennungsmotors verbindbar ist. Bei bestehender Verbindung kann über den Werkstatttester das erfindungsgemäße Verfahren gestartet und die Ergebnisse nach Durchlaufen des gesamten Verfahrens am Werkstatttester ausgegeben werden.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit Zylindern mit Kraftstoff-Einspritzventilen, einem Starter, einem Abgastrakt mit Messsensorik, und einem Steuergerät;
- 2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 zeigt eine beispielhafte Testsequenz mit qualitativen Signalverläufen, wie sie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wird;
- 4 zeigt einen Ausschnitt eines Diagramms einer beispielhaften Defektmessung, in dem zum einen die Motordrehzahl und zum anderen das erzeugte Messsignal über die Zeit dargestellt sind;
- 5 zeigt einen zeitlichen Teilbereich des Diagramms aus 3 in vergrößerter Darstellung, wobei nur das erzeugte Messsignal abgebildet ist; und
- 6 zeigt denselben zeitlichen Teilbereich des Diagramms wie 4, wobei die Motordrehzahl und die Motorposition abgebildet sind.
-
Figurenbeschreibung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente.
-
1 zeigt schematisch den Aufbau, der es ermöglicht, ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Werkstattumgebung an einem Fahrzeug 2 durchzuführen. Das Fahrzeug 2 besitzt einen Verbrennungsmotor 4, einen Starter 6 zum Starten des Verbrennungsmotors 4 und einen Abgastrakt 8, der in 1 gekürzt dargestellt ist.
-
Der Verbrennungsmotor 4 weist beispielhaft vier Zylinder 10 auf, die jeweils ein Kraftstoff-Einspritzventil 12 aufweisen. Die Kraftstoff-Einspritzventile 12 sind zur Kraftstoffzufuhr mit einer Kraftstoffleitung („Rail“) 14 verbunden.
-
Am Abgastrakt 8 ist eine Messsensorik 16 angeordnet, die in den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen als eine Breitbandlambdasonde ausgeführt ist. Die Messsensorik 16 ist zur Signalübertragung mit einem Steuergerät 18 des Verbrennungsmotors 4 gekoppelt. Das Steuergerät 18 weist zumindest eine sogenannte ATS-Eingriffsschnittstelle 20 auf, über die ein Diagnosegerät, wie bspw. ein Werkstatttester 22 mit dem Steuergerät 18 lösbar gekoppelt ist. Das Steuergerät weist auch ein Speicherelement 21 auf, das dazu ausgelegt ist, motorspezifische Werte zu speichern
-
2 zeigt einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 3 zeigt beispielhaft eine Testsequenz, welche die Verläufe eines durch das Verfahren erzeugten Messsignals 24 und einer Drehzahl 26 des Verbrennungsmotors 4 (siehe 1) qualitativ über die Zeit darstellt. Das Verfahren wird nachfolgend anhand der 2 und 3 beschrieben.
-
Zunächst wird das Verfahren gestartet. Dies kann beispielsweise durch den mit dem Steuergerät 18 des Verbrennungsmotors 4 gekoppelten Werkstatttester 22 ausgeführt werden, wie es in 1 beispielhaft gezeigt ist. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird der Verbrennungsmotor 4 gestartet und anschließend so lange, insbesondere im Leerlauf, betrieben, bis eine optimale Betriebstemperatur für den Verbrennungsmotor 4 erreicht ist (Schritt S2). Das Aufwärmen des Verbrennungsmotors 4, und insbesondere des Kraftstoffversorgungssystems bewirkt unter anderem, dass sich die Viskosität des Kraftstoffs erhöht, wodurch eventuell vorhandene Leckagedefekte stärker ausgeprägt sind. Außerdem wird dadurch die Betriebsbereitschaft der Messsensorik 16, insbesondere einer (Breitband-)Lambdasonde, hergestellt.
-
Anschließend wird die Messsensorik 16 aktiviert (Schritt S3) und der Verbrennungsmotor 4 abgeschaltet (Schritt S4), um einen inaktiven Fahrzeugzustand herzustellen. In diesem Zustand sammelt sich bei leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventilen 12 eine defektrelevante und detektierbare Menge Kraftstoff in dem zugehörigen Zylinder 10 an. Die Betriebsbereitschaft der Messsensorik 16 wird dabei aufrechterhalten, wie es bspw. im Stopp-Modus des Start/Stopp-Betriebes des Verbrennungsmotors 4 gegeben ist. Nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors 4 wird eine vorgegebene Stillstandzeit, insbesondere im Bereich von 1 bis 10 Minuten, bspw. 5 Minuten, abgewartet, in der der Verbrennungsmotor 4 deaktiviert bleibt (Schritt S5). Diese Stillstandzeit ist erforderlich, damit sich bei leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventilen 12 eine ausreichende Menge Kraftstoff im entsprechenden Zylinder 10 ansammelt, die im weiteren Verlauf des Verfahrens für die Messsensorik 16 erfassbar ist. Darüber hinaus wird für den weiteren Verlauf des Verfahrens sowohl die Kraftstoffeinspritzung als auch die Zündung deaktiviert und die Betriebsbereitschaft der Messsensorik 16 weiter aufrechterhalten.
-
Nach Ablauf der vorgegebenen Stillstandzeitdauer wird in Schritt S6 der Starter 6 bei deaktivierter Kraftstoffeinspritzung und Zündung aktiviert. Bei deaktivierter Kraftstoffeinspritzung und Zündung wird der Verbrennungsmotor 4 durch den Starter 6 als „Luftpumpe“ betrieben.
-
Hierunter ist zu verstehen, dass es während dieses Betriebs des Verbrennungsmotors 4 weder zu einer (erneuten) Kraftstoffeinspritzung noch zu einer Zündung eines ggf. bereits vorhandenen Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Zylindern 10 kommt. Dadurch wird bewirkt, dass durch das Betreiben des Verbrennungsmotors 4 in diesem Zustand der Inhalt der jeweiligen Zylinder 10 in den Abgastrakt 8 gefördert wird.
-
In dem Abgastrakt 8 ist die Messsensorik 16, z.B. eine Breitbandlambdasonde, angeordnet (siehe 1). Die Messsensorik 16 erfasst den Inhalt des jeweiligen Zylinders 10 messtechnisch und generiert ein entsprechendes Messsignal 24, das in Schritt S7 erfasst wird. Die Größe des Messsignals 24 ist zum einen ein Maß dafür, ob ein Defektfall, d.h., ein Leckagefall vorliegt, und zum anderen ein Maß für das Ausmaß der vorhandenen Leckage. Anschließend wird das Messsignal 24 ausgewertet (Schritt S8). Das Messergebnis, welches die Aussage enthält, ob und wenn ja welches Kraftstoff-Einspritzventil 12 eine Leckage aufweist, wird an einem Ausgabegerät, wie bspw. dem gekoppelten Werkstatttester 22 (siehe 1), ausgegeben.
-
Der Inhalt eines Zylinders 10 mit einem leckagefreien Kraftstoff-Einspritzventil 12 weist reine Luft, sozusagen Frischluft, auf und bewirkt einen starken ersten Anstieg 24A des Messsignals 24 (siehe 3). Der Inhalt eines Zylinders 10 mit einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12 entspricht einem Luft-Kraftstoff-Gemisch und bewirkt einen schwachen ersten Anstieg 24B des Messsignals 24. Für den Fall, dass der Inhalt eines Zylinders 10 mit einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12 nach dem Inhalt eines Zylinders 10 mit einem leckagefreien Kraftstoff-Einspritzventil 12 von der Messsensorik 16 erfasst wird, bewirkt der Inhalt des Zylinders 10 mit dem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12 eine Abschwächung des bereits vorhandenen Anstiegs des Messsignals 24 bzw. ein Plateau 28 im zeitlichen Verlauf des Messsignals 24 (siehe auch 5).
-
Die 4 bis 6 zeigen Zeitdiagramme der Messsignalerfassung am Beispiel einer Breitbandlambdasonde als Messsensorik 16. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Zeitdiagramms über einen letzten Zeitbereich der Messsignalerfassung, wobei zum einen der Verlauf des erfassten Signals 24 der Messsensorik 16 und zum anderen der Verlauf der Motordrehzahl 26 dargestellt ist. Die 5 und 6 zeigen einen für die Defekterkennung relevanten Teilausschnitt aus dem in 4 dargestellten Zeitbereich in vergrößerter Darstellung. In 5 ist der Verlauf des Messsignals 24 und in 6 sind der Verlauf der Motordrehzahl 26 sowie der Verlauf der Motorposition 30, z.B. gemessen als Drehwinkel der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 4, dargestellt.
-
Mit Bezug auf 5 wird eine Ausführungsform der Auswertung des Messsignals 24 näher erläutert, die es ermöglicht, ein leckagebehaftetes Kraftstoff-Einspritzventil 12 zu identifizieren, was auch als „pinpointing“ bezeichnet wird. Allgemein wird der Verlauf des Messsignals 24 stark von der Geometrie des Abgastrakts 8, insbesondere von der Wegstrecke zwischen Auslassventilen der Zylinder 10 des Verbrennungsmotors 4 und der Messsensorik 16 beeinflusst.
-
In 5 sind zwei für das erfindungsgemäße Verfahren bedeutsame Charakteristiken im Verlauf des Messsignals 24 der Breitbandlambdasonde zu erkennen. Ein erstes Charakteristikum 32 ist der erste Anstieg im Verlauf des Messsignals 24 nach der Aktivierung des Starters 6. Dieses erste Charakteristikum 32 wird auch als „lambda increase detection“ bezeichnet. Mithilfe dieses ersten Charakteristikums 32 wird die Zeitdauer, auch als Laufzeit bezeichnet, bestimmt, die die Inhalte der Zylinder 10, nachfolgend auch als Luftpakete bezeichnet, von den Auslassventilen des Verbrennungsmotors 4 bis zu der Messsensorik 16 benötigen.
-
Ist die hier erfasste Laufzeit größer als ein dafür hinterlegter Schwellwert, stammt das erste Luftpaket, das von der Breitbandlambdasonde erfasst wird, von einem Zylinder 10 mit einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12.
-
Ein zweites Charakteristikum 34 ist eine Abschwächung der Steigung des Messsignals 24, also ein Plateau 28 im Messsignal 24, welches auf ein leckagebehaftetes Kraftstoff-Einspritzventil 12 hindeutet. Das zugehörige defekte Kraftstoff-Einspritzventil 12 wird aus dem zeitlichen Abstand Δt des zweiten Charakteristikums 34 vom ersten Charakteristikum 32 in der Motorposition 30, z.B. gemessen über den Drehwinkel der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 4 (siehe 6), unter Berücksichtigung der Motorposition im vorhergehenden Stillstand des Verbrennungsmotors 4 während der Stillstandzeitdauer bestimmt. So kann der Zylinder 10 mit dem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12 eindeutig identifiziert werden.
-
Die Motorposition zur Identifizierung eines Zylinders 10 mit einem leckagebehafteten Kraftstoff-Einspritzventil 12 zu nutzen, eignet sich hierfür besonders, da der Verbrennungsmotor 4 in diesem Verfahren als „Luftpumpe“ betrieben wird, die einzelne Luftpakete in den Abgastrakt 8 schiebt und somit die Herkunft der Luftpakete bezogen auf die Zylinder 10 und somit auf die Kraftstoff-Einspritzventile 12, bestimmt werden kann. Darüber hinaus ist die Motorposition, im Gegensatz zu einer rein zeitlichen Messung des Abstandes, unabhängig von Drehzahlschwankungen, wie sie bspw. durch Schwankungen in der Batteriespannung auftreten können, und somit zuverlässiger.
-
Alternativ können die beiden Charakteristiken 32, 34 auch aus einem Verlauf eines integrierten oder differenzierten Messsignals 24 der Breitbandlambdasonde abgeleitet werden, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Im Verlauf eines integrierten Messsignals der Breitbandlambdasonde ist das erste Charakteristikum 32 als ein Wechsel von einer linearen zu einer exponentiellen Steigung des Verlaufs erkennbar. Das zweite Charakteristikum 34 zeigt sich als Wechsel von einer starken exponentiellen Steigung zu einer schwachen exponentiellen oder einer linearen Steigung. Im Verlauf eines differenzierten Messsignals der Messsensorik 16, also eines mathematisch abgeleiteten Signals, ist das erste Charakteristikum 32 als erster Wechsel auf einen positiven Wert erkennbar. Das zweite Charakteristikum 34 ist als Rückgang auf einen niedrigeren Wert, in manchen Fällen sogar bis zur Nulllinie, bzw. als lokales Minimum, erkennbar. Ähnliche Zusammenhänge können auch für weitere Umformungen des Verlaufs des ursprünglichen Messsignals 24 der Messsensorik 16 hergeleitet werden.
-
Bei all diesen Verfahren wird das „pinpointing“ auf die einzelnen Zylinder durch den Abstand zwischen dem Aktivieren des Starters 6 und der Erfassung von Kraftstoffanteilen in einem Luftpaket durch die Messsensorik 16, und dem Verlauf des Messsignals 24 bestimmt.
