DE102020203662A1

DE102020203662A1 - Verfahren zur Analyse eines Fluids, hierzu eine Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Computerprogramm, welches ein Ausführen des Verfahrens durch die Vorrichtung bewirkt

Info

Publication number: DE102020203662A1
Application number: DE102020203662.4A
Authority: DE
Inventors: Achim Hirchenhein; Guido Porten; Jochen HOFSTAETTER; Stefan Gottlieb; Lorenz Oberlin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20210293190A1; US11255278B2; CN113494376A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse eines Fluids (40), welches aus einem Raum (23) - insbesondere Brennraum - einer Brennkraftmaschine (10) in eine Fluidführung (42) einströmt, wobei die Brennkraftmaschine (10) zumindest ein Organ (44) - insbesondere Einspritzventil - zur Zuführung von Kraftstoff (54) aufweist, wobei die Analyse mittels einer Sonde (48) - insbesondere Lambda-Sonde - erfolgt, auf die das Fluid 40 in der Fluidführung (42) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse während eines Andrehens der Brennkraftmaschine (10) stattfindet und dass auf die Sonde (48) einwirkende Fluid (40) von gesteuert zugeführtem Kraftstoff (54) unbeeinflusst ist.

Description

Stand der Technik
Anforderungen an die Diagnose von Kraftstoffsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere Benzinmotoren, die nach dem Otto-Prinzip arbeiten bzw. Motoren, die fremdgezündet sind, führen zu immer spezielleren Analyseverfahren. Diese sind beispielsweise vorgesehen, um Beschränkungen bei Emissionen einhalten zu können. Hierzu kann beispielsweise eine Erkennung dienen, die undichte Injektoren und damit eine unkontrolliert in einen Teil der Brennkraftmaschine gelangte Kraftstoffmenge erkennt (Injektorleckageerkennung). Eine solche Erkennung soll für den Fall, dass Kraftstoff ungewollt/ungesteuert über einen Ventilsitz eines Injektors in den Brennraum austritt (Leckage in den Brennraum) erkennen. Eine Ursache für einen solchen Fehler können beispielsweise Verunreinigungen aus der Fertigung der Injektoren sein, bei denen sich beispielswiese Partikel aus spanender Bearbeitung beispielsweise im Ventilsitz von Injektoren ablagern und damit zu Undichtheit führen. Dies kann bei Injektoren der Fall sein, die eine nach außen öffnende Düse (so genannte A-Düse) aufweisen. Auch bei magnetisch angetriebenen Mehrlochventilinjektoren (MLV) können Undichtheiten grundsätzlich ebenfalls auftreten.
Abhängig von der Größenordnung einer solchen Leckage kann diese zu unterschiedlichen Fehlerreaktionen der Brennkraftmaschine führen. Wird eine solche Brennkraftmaschine im normalen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs betrieben, so verhalten sich derartige Brennkraftmaschinen zumeist unauffällig. Dies deshalb, weil selbst sehr große Leckagen insgesamt nur einen verhältnismäßig kleinen Anteil an einer insgesamt individuell in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge ausmachen. Dieser kleine Anteil ist beispielsweise sehr viel kleiner als 3 %. Die erwähnten Fehlerreaktionen umfassen dabei ein Spektrum, welches von einer Verschlechterung der Emissionen, welche keine für den Fahrer wahrnehmbaren motorischen Effekte verursachen bis hin zu spürbaren Verbrennungsaussetzern während des Starts durch eine Überfettung des Gemischs im Brennraum bzw. in einer Phase nach dem Start. Zudem kann es zu einem schlechten Startfall aufgrund eines verzögerten Hochdruckaufbaus, insbesondere in Start-Stopp-Fahrzuständen, bei direkteinspritzenden Motoren kommen.
Als Detektionsverfahren für leckagebehaftete Hochdruckeinspritzventile werden im Stand der Technik typischer Weise zwei oder mehrere voneinander unabhängige so genannte Signalpfade betrachtet. Ein erster Signalpfad wertet einen zeitlichen Verlauf eines Raildrucks mittels des verbauten Hochdrucksensors aus. Dieses Verfahren reagiert aber empfindlich auf jegliche Leckagen im Hochdrucksystem. Damit reagiert dieses Verfahren auch auf interne Leckagen in der Hochdruckpumpe, durch welche der komprimierte Kraftstoff zurück in den Niederdruckkreis fließt. Damit ist folglich kein Kraftstoffaustritt nach außen, hier beispielsweise in einen Brennraum eines Zylinders, verbunden. Aus diesem Grund ist dieses Verfahren nur dann ausreichend genau (sensitiv), wenn die Leckagewerte der Injektoren sehr hoch sind. Zudem ist dieses Verfahren nicht dazu geeignet, Leckagen einzelnen Zylinder zuzuordnen, so dass nicht zylinderselektiv ausgewertet werden kann. Als zusätzliches und unabhängiges Verfahren kann bzw. wird eine so genannte Brennstabilität der einzelnen Zylinder bewertet. Eine Anmeldung zu diesem Verfahren wird mit der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2019 208 018 vom Deutschen Patent- und Markenamt veröffentlicht werden. Verbrennungsaussetzer treten, wie oben beschrieben, nur in den ersten Verbrennungen nach einem Start bzw. nach Start auf, weil der in den Brennraum ausgetretene Kraftstoff durch längere Abstellphasen des Verbrennungsmotors zumindest anfänglich zu einer Überfettung des Gemischs führt. Mittels der Bewertung der Brennstabilität in der Start-/Nachstartphase ist eine Fehleranalyse möglich, durch die zylinderspezifische Fehlfunktionen auswertbar machen.
Die genannte Überfettung des Brennraumgemischs führt während des Drehzahlhochlaufs und auch in der Nachstartphase zu einem gegenüber dem Nominalsystem (fehlerfreies System) geänderten Signalverhalten der Abgassonde bzw. Lambdasonde. Die Bewertung des Signalverlaufs einer Abgassonde bzw. Lambdasonde kann somit als weiteres unabhängiges Verfahren genutzt werden.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der Veröffentlichung DE22 167 05 A1 des Deutschen Patentsamts, sind des Weiteren und grundsätzlich Verfahren bekannt, die es ermöglichen, mittels einer Lambdasonde eine Zusammensetzung eines Fluids (Abgases) in einer Fluidführung (Abgasrohr) zu analysieren und mittels eines Regelkreislaufs eine Abgaszusammensetzung zu verändern.
Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Analyse eines Fluids vorgesehen, welches aus einem Raum, insbesondere einem Brennraum, einer Brennkraftmaschine in eine Fluidführung, beispielsweise Abgasrohr, Abgasführung bzw. Abgasführung ab einem so genannten Auslassventil, einströmt. Die Brennkraftmaschine weist zudem zumindest ein Organ, insbesondere Ventil, zur Zuführung von Kraftstoff auf. Die Analyse erfolgt mittels einer Sonde, die insbesondere als so genannte Lambdasonde ausgebildet ist. Während dieses Verfahrens wirkt das Fluid in der Fluidführung auf diese Sonde ein. Die Analyse des Fluids läuft dabei während eines Andrehens der Brennkraftmaschine ab, während das Organ zur Zuführung von Kraftstoff geschlossen ist oder anders ausgedrückt: Die Analyse findet während eines Andrehens der Brennkraftmaschine und mit dem von nach dem Beginn des Andrehens von gesteuerter Zuführung von Kraftstoff unbeeinflusstem Fluid statt, weil nach dem Beginn des Andrehens dieses Fluid nicht von Kraftstoff beeinflusst wurde. Ggf. gesteuert hinzugefügter Kraftstoff wurde vor dem Andrehen gesteuert hinzugefügt. Mit dem Andrehen der Brennkraftmaschine wird hier ausgedrückt, dass eine Welle, insbesondere Antriebswelle der Brennkraftmaschine, z. B. eine Kurbelwelle, durch eine Hilfsantriebsmaschine angetrieben, gedreht wird. Während des Andrehens ist kein selbständiger Hochlauf der Brennkraftmaschine möglich. Diese Hilfsantriebsmaschine kann beispielsweise eine elektrische Maschine sein, die direkt die Welle der Brennkraftmaschine antreibt (Kurbelwellenstarter) oder beispielsweise mittels eines zwischengeordneten Getriebes, beispielsweise aus Zahnkranz und Ritzel, durch einen beispielsweise herkömmlichen Anlasser angetrieben wird. Wie erwähnt, muss während des hier vorgeschlagenen Verfahrens das Fluid von gesteuertem Zuführen von Kraftstoff unbeeinflusst sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass das entsprechende Organ der Brennkraftmaschine (z. B. Injektor) nicht angesteuert wird und somit keine Zufuhr von Kraftstoff - insbesondere in den Raum (Brennraum) oder in die Fluidführung - erfolgt. Ein Vorteil dieses entsprechenden Verfahrensablaufs besteht darin, dass somit bei der Analyse des Fluids bevorzugt ausgeschlossen werden kann, dass das Fluid durch frisch (gesteuert eingebrachten) in die Fluidführung gelangten Kraftstoff beeinträchtigt ist. Bei der Durchführung des Verfahrens kann man daher entsprechend sicher sein, dass die Menge an Kraftstoffspuren in dem Fluid von einem leckenden/undichten Organ stammt. Dadurch werden bei dem Verfahren Startvorgänge hinsichtlich des Lambdasignalverlaufs bzw. Sondensignalverlaufs während der Start-/Nachstartphase bewertet. Es werden damit nur Startvorgänge bewertet, in denen ausschließlich die Injektorleckage einen signifikanten Einfluss auf den Signalverlauf der Sonde haben bzw. einen entsprechenden Einfluss auf das daraus abgeleitete Kriterium verursachen kann. Im Rahmen des Verfahrensablaufs können Einschränkungen auf bestimmte, geeignete Zustände des Systems zielführend sein. Beispielsweise können hierbei Zustände des Systems (Brennkraftmaschine und deren Nebenaggregate) berücksichtigt werden, die beim Abstellen bzw. Ausschalten der Brennkraftmaschine herrschen: zu diesen Zuständen gehört beispielsweise ein Sonden-/Lambdawert, eine Rate der Tankentlüftung, ein Zustand der Kurbelgehäuseentlüftung und andere Zustände.
Die Tankentlüftung und Kurbelgehäuseentlüftung können das Lambdasignal beeinflussen, weil bei stehender Brennkraftmaschine noch Kraftstoffanteile aus der Tankentlüftung und Kurbelgehäuseentlüftung im Saugrohr enthalten sein können. Beim Start der Brennkraftmaschine wird in diesem Fall nicht nur Luft zur Lambdasonde gefördert, sondern ein unbekanntes Luft-/Kraftstoffgemisch. Das führt dann zu ähnlichen Messwerten wie ein undichter Injektor.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Analyse des Fluids auf eine Leckagemenge des Kraftstoffs erst nach dem Beginn gesteuerten Zuführens von Kraftstoff in den Raum, aber vor dem Erreichen der Sonde durch durch das aus dem Raum geströmte und mit dem Kraftstoff angereichten Fluid beendet wird. Wie Fachleuten auf dem Gebiet von Brennkraftmaschinen bekannt ist, findet typischer Weise ein Zuführen von Kraftstoff in den Raum bzw. Brennraum beispielsweise kurz vor dem so genannten Zünd-OT (oberer Totpunkt, ZOT) und ggf. kurz nach dem ZOT statt. Bis diese in diesem Raum verbrannte Menge Kraftstoff bzw. das entsprechende Fluid die Stelle erreicht, wo die Sonde an bzw. in der Fluidführung ein Signal abgeben kann, können beispielsweise ab ZOT 180 Winkelgrade (Grad Kurbelwelle bzw. Grad Antriebswelle) vergehen. Dies ermöglicht einen besonders langen Analysezeitraum. Nach einem weiteren Gedanken ist vorgesehen, dass die Analyse vor einer durch Ansteuern eines Organs (beispielsweise Einspritzventil) der Brennkraftmaschine erfolgten Zufuhr von Kraftstoff - insbesondere in den Raum oder in diese Fluidführung - erfolgt. Dies führt dazu, dass bei und während der Analyse sicher keine gesteuert eingebrachten Kraftstoffanteile in das Fluid eingebracht werden.
Bei der Analyse wird ein Signal der Sonde ausgewertet und dabei ein Anteil von - insbesondere unverbranntem oder teilverbranntem Kraftstoff im Fluid ermittelt. Der unverbrannte Kraftstoff ist dabei bestimmungsgemäß als ein Kraftstoff anzusehen, der ungesteuert ein Organ verlassen hat (Leckagemenge), der teilverbrannte Kraftstoff ist auf unvollständige Ladungswechsel zurückzuführen. Wird bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde auf keine Leckagemenge oder eine zulässige Leckagemenge geschlossen, ist vorgesehen, einen Betrieb der Brennkraftmaschine fortzusetzen, da es aufgrund der eben genannten Kriterien keinen Hinweis auf ein defektes Organ gibt. Dementsprechend wird erwartet, dass die Abgaszusammensetzung den Vorschriften entspricht. Wird bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde auf eine unzulässig hohe Leckagemenge geschlossen, so kann daraus beispielsweise und vorteilhafter Weise daraus geschlossen werden, dass das oder mehrere oder eines der Organe der Brennkraftmaschine, also beispielsweise einer oder mehrere der Injektoren bzw. Ventile defekt ist bzw. sind. Aus dem Schluss, dass auf eine unzulässig hohe Leckagemenge durch das Auswerten des Signals der Sonde geschlossen wird, kann entweder ein Betreiben der Brennkraftmaschine fortgesetzt werden oder alternativ ein Betreiben der Brennkraftmaschine nicht fortgesetzt werden. Für das Fortsetzen des Betreibens der Brennkraftmaschine spricht beispielsweise, dass die Brennkraftmaschine noch zuverlässig betreibbar ist, diese also eine bestimmungsgemäße Leistung zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs abgibt und dadurch beispielsweise eine Fahrt in eine Werkstatt zwecks Durchsicht und ggf. Reparatur möglich ist. Sollte beispielswiese bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde auf eine unzulässig hohe Leckagemenge geschlossen werden und dabei entschieden werden, dass ein Betreiben der Brennkraftmaschine nicht fortgesetzt wird, so kann dies beispielsweise damit zusammenhängen, dass weitere Schäden an der Brennkraftmaschine möglich wären und daher ein Weiterbetreiben für unzulässig erachtet wird. Ein weiterer und ggf. zusätzlicher oder alternativer Grund für ein Nichtbetreiben der Brennkraftmaschine nach dem Feststellen der Fehlerhaftigkeit kann aber auch beispielsweise in einer unzulässigen Zusammensetzung der Abgase liegen, die vor dem Weiterbetreiben der Brennkraftmaschine zwingend eine Reparatur erfordert. Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde vorgesehen, dass ein Signalverlauf der Sonde mit einem Referenzsignalverlauf verglichen wird und bei einer überschrittenen Abweichung auf unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ geschlossen wird, vorgesehen. Ein Signalverlauf der Sonde kann dabei eine Aneinanderreihung von einzelnen Signalwerten der Sonde sein, die aneinander gereiht einen mehr oder weniger, aber insbesondere kontinuierlichen Signalverlauf der Sonde wiedergeben. Beispielsweise wird ein Signal je Grad Kurbelwelle bzw. je Grad Antriebswelle ermittelt, so dass für jedes Grad Kurbelwelle bzw. Grad Antriebswelle ein Wert, beispielsweise ein Lambdawert, zur Verfügung steht. Ein Referenzsignalverlauf entspricht prinzipiell einem Signalverlauf der Sonde, jedoch ist dies ein besonderer Signalverlauf. Dieser Referenzsignalverlauf ist beispielsweise ein musterhafter Signalverlauf, der vorab an einer typgleichen Brennkraftmaschine ermittelt wurde, die voll funktionsfähige Organe aufweist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise eine zulässige Abweichung vom Referenzsignalverlauf vorbestimmt. Gründe für eine derartige zulässige Abweichung können beispielsweise darin bestehen, dass Messfehler bzw. Auswertefehler typischer Weise nicht zu vermeiden sind und genauso auch Fertigungsfehler bzw. Fertigungsabweichungen und Fertigungstoleranzen bei an diesem Verfahren beteiligten Bauteilen nicht nur nicht ausgeschlossen werden können, sondern grundsätzlich zu erwarten sind. Aufgrund dieser deshalb zulässigen Toleranzen können sich somit Abweichungen ergeben, die dennoch auf einen zulässigen Betriebszustand der Brennkraftmaschine schließen lassen. Wird eine derartige vorgesehene Abweichung bzw. deren Schwellwert nach einer bestimmten Betriebszeit des Verfahrens bzw. Analyseverfahrens überschritten, so kann dann eben auf eine unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ geschlossen werden. Beispielhaft sei hier erwähnt, dass z. B. dann, wenn ca. 300 Millisekunden nach Beginn des Analyseverfahrens eine Abweichung eines Sensor- bzw. Lambdawerts von 0,1 überschritten wird, auf eine unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ geschlossen werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein frühester Beginn einer Signalauswertung der Sonde und/oder ein spätestes Ende einer Signalauswertung der Sonde zwecks Bestimmung einer ggf. unzulässig hohen Leckagemenge bestimmt wird. So kann ein frühester Beginn einer Signalauswertung der Sonde, beispielsweise nicht vor dem Erreichen einer Betriebstemperatur der Sonde liegen, da ansonsten fehlerhafte Ergebnisse und somit daraus falsche Schlüsse gezogen werden können. Weist beispielsweise die hier erwähnte Sonde, insbesondere Lambdasonde, nicht ihre bestimmungsgemäße Betriebstemperatur auf, so liegt hier typischer Weise ein fehlerhaftes Vorgehen vor. Aus diesem Grund kann es beispielsweise erforderlich sein, dass die Lambdasonde zuerst mittels einer Sondenheizung auf ihre Betriebstemperatur erwärmt wird. Das Erreichen der Betriebstemperatur kann dann beispielsweise den frühesten Beginn einer sinnvollen/verfahrensentsprechenden Signalauswertung der Sonde anzeigen. Bezüglich des spätesten Endes einer Signalauswertung der Sonde kommt beispielsweise die bereits erwähnte Situation in Frage, wonach ein spätestes Ende vor dem Erreichen der Sonde durch Fluid liegt, welches bereits gesteuert zugeführten Kraftstoff aufweist. Ein derartiges letztlich fehlerhaft mitermittelter Kraftstoffanteil würde das hier vorgeschlagene Verfahren sinnlos machen. Als ein weiterer frühester Beginn einer Signalauswertung der Sonde kann beispielsweise von einer Ruhedrehlage eine Antriebswelle der Brennkraftmaschine abhängig sein. Insbesondere steht dies beispielsweise in Abhängigkeit von einem so genannten Auslassventil eines Brennraums. Je früher nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine ein nächstes Auslassventil im Rahmen des Verfahrens einen Brennraum öffnet, desto früher kann von diesem technischen Merkmal aus gesehen, ein Beginn früher sein. Ist also beispielsweise ein Öffnungszeitpunkt eines nächsten Auslassventils unmittelbar bevorstehend, so wird durch Anregung des Gaswechsels mittels Anlassbewegung einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine durch die Kolbenbewegung das Fluid aus diesem Brennraum frühestmöglich in die Fluidführung ausgelassen und zur Sonde geführt. Ist dagegen beispielsweise bei einem Ein-Zylinder-Motor vorgesehen, dass das Auslassventil beispielsweise erst nach einer halben Drehung der Antriebswelle begonnen wird zu öffnen, so soll ein Beginn einer Signalauswertung der Sonde, gerechnet vom Beginn der Drehbewegung der Antriebswelle entsprechend später sein. Ein derartiges Vorgehen ermöglicht die Beschränkung des so genannten Zeitfensters bzw. dessen Beginn so zu legen, dass die Signalauswertung nur zu technisch sinnvollen, weil überhaupt sinnvoll auswertbaren, Zeitpunkten liegt. Mit anderen Worten: Würde eine Signalauswertung der Sonde bereits zu einem Zeitpunkt beginnen, zu dem technisch absehbar ist, dass das nächste Auslassventil erst nach einer halben Kurbelwellenumdrehung geöffnet wird, so wird für diese mindestens halbe Kurbelwellenumdrehung zu früh mit einer Signalauswertung begonnen. Aber dennoch kann so früh mit dem Verfahren begonnen werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass ein Beginn der Signalauswertung der Sonde - bevorzugt spätestens - mit dem Beginn eines erwarteten Anstiegs eines Lambdawerts beginnt. Unter dem Begriff des „erwarteten Anstiegs eines Lambdawerts“ soll hier beispielhaft der bereits erwähnte Referenzsignalverlauf dienen. Es wurde nämlich festgestellt, dass in den Fällen, in den mit einem undichten, d. h. leckenden Organ zu rechnen ist bzw. ein solches festgestellt wurde, der entsprechende Wert des Signals der Sonde - ausgehend von gleichen Randbedingungen, wie z. B. des Beginns der Auswertung - erst messbar später, beispielsweise einen Sondenwert von Lambda = 1,1 erreicht. Dies können beispielsweise 160 Millisekunden sein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sonde vor Beginn der Analyse auf eine, d. h. ihre Betriebstemperatur aufgeheizt wird, da ansonsten fehlerhafte Ergebnisse und weil fehlerhafte Sondenwerte ermittelt werden. Zudem kann es von Vorteil sein, mit einem Beginn der Analyse eine vorbestimmte Stillstandszeit (Stoppphase, Abstellphase) der Brennkraftmaschine zumindest einzuhalten (erste Stillstandszeit). Dies hat den Grund, dass eine Leckagemenge letztlich das Ergebnis eines Vorgangs ist, der beispielsweise zeitabhängig ist. So kann es durchaus der Fall sein, dass ein defektes, d. h. leckagebehaftetes Organ (Injektor, Ventil) eine gerade noch zulässige Leckmenge innerhalb von beispielsweise 6 Stunden durchlässt, während beispielsweise nach 12 Stunden Stillstandszeit (erste Stillstandszeit) festgestellt würde, dass die ausgelassene Leckmenge auf einen Schaden eines entsprechenden Organs schließen lässt.
Durch das hier vorgeschlagene Verfahren kann zudem ermittelt werden, bei bzw. welchem einzelnen Zylinder eine Leckage eines Organs zuzuordnen ist. Die Strömung des Fluids in der Fluidführung setzt sich aus den Massen (Luft und Verbrennungsrückstände und ggf. frisches hineingeleckter Treibstoff) zusammen, die die einzelnen Zylinder beim Andrehen nacheinander verlassen. Eine Abstellposition der Brennkraftmaschine ist entweder mit dem Abstellen nach einer letzten Betriebsphase bekannt und gespeichert oder wird mit dem Andrehen ermittelt bzw. mit dem Andrehen wird ermittelt, in welcher Position sich die einzelnen Kolben befinden. Aus dieser Triebwerkmechanik, den Zeitpunkten, zu denen die jeweiligen Auslassventile öffnen, einem Abstand einer Rohrverbindung der Fluidführung zwischen Auslassventil und Position der Sonde zum Auslassventil und einer bekannten bzw. ermittelten Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich, wann eine Masse einen Zylinder verlassen hat. Korreliert ein Signal der Sonde mit einer bestimmten Masse aus einem Zylinder, so kann mit einem Sondensignal, welches als Signal für ein defektes Organ identifiziert wird, daraus geschlossen werden, in welchem Zylinder das entsprechende Organ defekt ist. Dementsprechend wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein für ein Fluid mit unverbranntem Kraftstoff stehendes Sondensignal einem bestimmten Zylinder zugeordnet und damit dieses Sondensignal einem diesem Zylinder zugeordneten bestimmten Organ zugeordnet wird.
Des Weiteren ist eine Vorrichtung mit Mitteln und einer Steuer- und Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die zur Durchführung des Verfahrens nach den vorstehenden Merkmalen und Gesichtspunkten ausgelegt sind. Des Weiteren ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches Befehle umfasst, die, wenn sie in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, ablaufen, bewirken, dass die Vorrichtung die erwähnten Verfahrensschritte ausführt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgend kurz beschriebenen Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
2 eine schematische Darstellung der Ursache für das vorgeschlagene Verfahren,
3 ein erstes Diagramm, welches einen Verlauf von verschiedenen Eigenschaften beim Betrieb einer Brennkraftmaschine zu Beginn eines Starts darstellt. Dabei sind für zwei verschiedene Systemzustände verschiedene Verläufe eines Sondensignals (Lambdawert) dargestellt.
4 zeigt ein weiteres Diagramm mit dem Verlauf von Größen während eines Startverlaufs, wobei diese Darstellung sich auf eine Brennkraftmaschine bezieht, deren Systemzustand keinen Fehler aufweist,
5 zeigt ein Diagramm, welches prinzipiell dem Diagramm in 3 entspricht, wobei der Systemzustand fehlerhaft ist,
6 zeigt schematisch eine Darstellung des Ablaufs des Verfahrens.

1 zeigt in stark schematisierter Weise eine Brennkraftmaschine 10. Diese Brennkraftmaschine 10 zeigt hier einen Zylinder 13, wobei diese Brennkraftmaschine 10 nicht nur einen Zylinder 13 aufweisen kann, sondern in bekannter Art und Weise beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Zylinder 13. In einem Zylinder ist ein Kolben 15 angeordnet, der über ein hier nicht speziell bezeichnetes Drehgelenk und ein Pleuel 17 mit einer Antriebswelle 19 gekoppelt ist. Die hier schematisch dargestellte Antriebswelle 19 kann dabei beispielsweise als Kurbelwelle ausgeführt sein. Der Zylinder 13 ist oberhalb des Kolbens 15 durch einen Zylinderkopf 21 abgeschlossen. Der Zylinderkopf 21 und der Kolben 15 begrenzen zwischen sich einen Raum 23, der typischer Weise als Brennraum bezeichnet ist. Der Raum 23 dient in bekannter Weise dazu, ein sich darin befindliches Gemisch aus Luft und Kraftstoff aufzunehmen und dieses während einer durch einen Entzündungsvorgang veranlassten Verbrennung zu fassen und die dadurch entstandene Druckerhöhung im Raum 23 als entsprechende Kraft über den Kolben 15 und das Pleuel 17 auf die Antriebswelle 19 zu übertragen, um diese beispielsweise in ebenso bekannter Art und Weise ein Kraftfahrzeug oder im Falle dessen, dass die Brennkraftmaschine 10 eine stationäre Maschine ist, ein Kraftwerk (beispielsweise Elektrogenerator) anzutreiben.
Im Zusammenhang mit dem eben beschriebenen Verbrennungsvorgang ist es erforderlich, dass in den Brennraum Frischluft einströmen kann, was hier durch den Pfeil 25 symbolisch angegeben ist. Diese Frischluft 25 wird dabei durch ein Ansaugrohr 27 zum Raum 23 geführt (Ansaugtakt). Damit diese Frischluft 25 in den Raum 23 strömen kann, muss diese Frischluft 25 ein Einlassventil 29 passieren. Dieses Einlassventil 29 weist einen so genannten Ventilsitz, der im Zylinderkopf 21 eingebracht ist und einen damit wechselwirkenden Ventilverschluss 31 auf. Während des Verbrennungsvorgangs im Raum 23 ist der Ventilverschluss 31 und damit das Einlassventil 29 geschlossen (Arbeitstakt). Damit in einem sich an den Arbeitstakt anschließenden Auslasstakt das verbrannte Gasgemisch (Abgas) den Raum 23 verlassen kann, wird in bekannter Weise ein Auslassventil 33 rechtzeitig geöffnet. Auch dieses Auslassventil 33 weist einen Ventilsitz und einen damit wechselwirkenden Ventilverschluss 37 auf. Nach der Passage des Auslassventils 33 strömt das Abgas, hier als Fluid 40 bezeichnet, in eine Fluidführung 42. Das Fluid 40 ist hier ebenfalls durch Pfeile symbolisch dargestellt.
Die hier genannte Fluidführung 42 kann auch als Abgasrohr, Abgasführung bezeichnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren ein Organ 44 dargestellt, welches auch als Ventil oder Einspritzventil oder Hochdruckeinspritzventil oder Injektor bezeichnet werden kann. Dieses Organ 44 ist dazu vorgesehen, Kraftstoff in den Raum 23 einzuspritzen, damit sich dieser mit der dort befindlichen Frischluft vermischen und nach Einleitung eines Zündvorgangs zu Abgas verbrennen kann. Zur Einleitung des erwähnten Zündvorgangs kann eine Zündeinrichtung 46 (z. B. Zündkerze) so am vorzugsweise Zylinderkopf 21 angebracht sein, dass diese das Gemisch aus Frischluft 25 und Kraftstoff zünden kann. In der erwähnten Fluidführung 42 ist eine Sonde 48 angeordnet, so dass diese in der Lage ist, eine Zusammensetzung des Fluids 40 mit Hilfe von weiteren technischen Einrichtungen zu analysieren bzw. auf das An-, Vorbei- oder Durchströmen des Fluids 40 bestimmungsgemäß zu reagieren. Die hier erwähnte Sonde 48 kann dabei eine so genannte Lambdasonde sein. Die Sonde 48 ist mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 50 verbunden, damit ein von der Sonde 48 erzeugtes Signal durch diese Steuer- und/oder Regeleinrichtung 50 ausgewertet werden kann. In die Abläufe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 50 wirken bspw. auch Messwerte anderer Sensoren 55, 56, 57, 58 ein. In symbolischer Darstellung ist ein Computerprogramm 52 gezeigt, welches Befehle umfasst, die, wenn sie in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 50 der Vorrichtung ablaufen, das nachfolgend beschriebene Verfahren bzw. dessen Verfahrensschritte ausführt.
In 2 ist in schematischer Weise eine Ursache für das vorgeschlagene Verfahren dargestellt. Ist das Organ 44, wie eingangs beschrieben, defekt, so dass ungewollt/ungesteuert Kraftstoff 54 über den Ventilsitz des Organs 44 in den Raum 23 austritt (Leckage in den Brennraum), so führt dies zu einem immer größeren Anteil von Kraftstoff 54 am Inhalt des Raums 23. Symbolisch ist hier dargestellt, dass diese Leckmenge an Kraftstoff 54 als Tropfen (Flüssigkeit) auf einer Oberfläche des Kolbens 15 abgelagert ist. Es ist dabei möglich, dass sich die aus dem Organ 44 ausgetretene Menge an Kraftstoff 54 gar nicht als Tropfen ablagert, sondern beispielsweise gelöst in der im Raum 23 befindlichen Luft bzw. Frischluft. Es kann sich aber auch eine Mischung aus beidem (Flüssigkeit, Gas) im Raum 23 bilden.
Nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird es ermöglicht, derartige Leckmengen zu erkennen und somit auf einen Fehler eines derartigen Organs (Ventils) zu schließen.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches verschiedene gemessene und/oder gerechnete Größen darstellt. Die X-Achse zeigt den Ablauf der Zeit in Sekunden. Hierbei ist die Zeit gleich Null Sekunden zunächst nicht an ein Ereignis gekoppelt. Über diesen Verlauf der Zeit sind verschiedene Kurven dargestellt, die insgesamt zwei verschiedenen Zuständen einer Brennkraftmaschine 10 zuzuordnen sind. So sind beispielsweise zwei Kurven n19nio, n19io dargestellt. Die Kurve n19io beschreibt einen Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine 10, deren Zustand und hier ganz besonders das Organ 44 in Ordnung ist und somit nicht leckt. Die Kurve n19nio zeigt den Drehzahlverlauf der Antriebswelle 19 der Brennkraftmaschine 10, bei der ein Organ 44 nicht in Ordnung ist, d. h. hier in diesem Fall leckt. Wie hier gut zu erkennen ist, verlaufen die Drehzahlkurven, insbesondere im Bereich der Leerlaufdrehzahl ab ca. der Zeit t = 86,8 Sekunden sehr unterschiedlich. Während die Kurve n19io verhältnismäßig gleichmäßig verläuft, zeigt die Kurve n19nio einige abrupte Drehzahländerungen bzw. Ausschläge nach oben und stärker noch nach unten. Des Weiteren sind in diesem Diagramm zwei Kurven Lio und Lnio dargestellt. Beide Werte geben für die hier dargestellte Zeit jeweils den Verlauf des Wertes des Lambdas (L) wieder, der durch die Sonde 48 in der Fluidführung 42 ermittelt wurde. Wie hier gut zu erkennen ist, weichen die beiden Verläufe bis auf einen kleinen Bereich zu Beginn eines Messfensters ab tF1 ab. Eine weitere Kurve, die Kurve ni gibt an, zu welchem Zeitpunkt eine nächste Einspritzung in einen Zylinder 13 der Brennkraftmaschine 10 erfolgt. Jede hier dargestellte Stufe steht für eine weitere stattgefundene Einspritzung. Wie bei beiden Kurven Lnio und Lio erkannt werden kann, sind die Amplituden sehr unterschiedlich.
Der Signalverlauf Lio zeigt, dass das Lambdasignal sehr früh bereits nach Mager ansteigt. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 10 einen hohen Luftanteil in dem angesaugten Luft-/Kraftstoffgemisch haben muss. Der Signalverlauf Lnio zeigt erst ein deutlich späteres Abheben nach Mager (ausgehend vom Referenzwert tF1). Das bedeutet, dass die angesaugte Luft durch Kraftstoffanteile aus der Leckage (nach langer Stillstandszeit) verunreinigt sein muss.
Hier ist gezeigt, dass ein Signalverlauf Lio, Lnio der Sonde 48 mit einem Referenzwert Lref,w verglichen wird und im Falle dessen, dass eine Abweichung Ldiff eine Schwelle Lschw nach einer bestimmten Zeit tschw nach Beginn des Messfensters tF1 überschreitet, auf eine unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ 44 geschlossen wird. Im Beispiel überschreitet der Signalverlauf Lio die Schwelle Lschw vor einer bestimmten Zeit tschw nach Beginn des Messfensters tF1 und der Signalverlauf Lnio die Schwelle Lschw nach einer bestimmten Zeit tschw nach Beginn des Messfensters tF1. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass ein Signalverlauf Lio, Lnio der Sonde 48 mit einem Referenzwert Lref,w verglichen wird und im Falle, dass eine Abweichung Ldiff eine Schwelle Lschw vor einer bestimmten Zeit tschw nach Beginn des Messfensters tF1 überschreitet, auf ein ordnungsgemäßes Organ 44 geschlossen wird.
In 4 ist eine weitere Darstellung von verschiedenen, während des Betriebs einer Brennkraftmaschine 10 aufgenommenen Kurven, dargestellt. Da diese zugrundeliegende Brennkraftmaschine 10 einwandfrei funktioniert, ist der hier dargestellte Drehzahlverlauf n19 ein Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine 10, die in Ordnung ist. Des Weiteren ist hier als Referenzlinie eine Gerade, horizontale Linie für einen Referenzwert Lambda L = 1,0 dargestellt. Des Weiteren ist der Verlauf des gemessenen Lambdas L dargestellt. Als weiterer Kurvenverlauf ist hier ein Referenzwert Lref dargestellt (gerade Linie, horizontal verlaufend). Dieser Wert Lref wird vorzugsweise zu Beginn des Motorstarts als Referenzwert abgespeichert. Zu Beginn des Messvorgangs des jeweils aktuellen Werts Lambda ist selbstverständlichen das Ergebnis offen, d. h. man weiß zu diesem Moment noch nicht, ob es sich um ein Lio oder ein Lnio handelt. Es wird hier zum Zeitpunkt tF1 begonnen. Im Rahmen von definierten Messschritten, beispielsweise in Abhängigkeit der bereits zurückgelegten Kurbelwellen- bzw. Wellendrehung (Grad Kurbelwellenwinkel), wird jeweils ein aktueller Wert Lambda L gemessen und letztlich nacheinander zu der Kurve/Polygonzug/Stufenlinie L zusammengefügt. Innerhalb eines Messfensters, hier beginnend ab der Zeit tF1 wird für vorzugsweise jeden Messwert eines Lambdas L eine Differenz aus diesem aktuellen Sondenmesswert L und dem erwähnten Referenzwert Lref ermittelt. Mit jedem weiteren Messschritt wird ein neu ermittelter Differenzwert aus aktuellem Sondenmesswert und Referenzwert gebildet. Bei der ersten Messung entspricht der erste ermittelte Differenzwert einer ersten Summe. Jeder weitere Differenzwert wird auf den jeweils zuvor ermittelten Summenwert hinzuaddiert (Integration der Differenz aus aktuellem Sondenmesswert zum Referenzwert). Am Ende des Messfensters, hier zum Zeitpunkt tF2, wird dann der Gesamtwert dieses Integrationsverfahrens (Integratorwert) auf Nicht-Erreichen oder Überschreiten einer hier als Fehlerschwelle bezeichneten Grenze abgeprüft. In diesem Beispiel erreicht der Integratorwert Lint mit dem Ende des Integrationsverfahrens zum Zeitpunkt tF2 (Ende des Messfensters) hier einen Gesamtwert von 4,77. Hätte in diesem Fall der Integratorwert Lint beispielsweise den Wert von 3,0 nicht überschritten, so wäre das Ergebnis gewesen, dass im Rahmen des Verfahrens ein Defekt bei dem Organ 44 festgestellt bzw. auf einen Defekt geschlossen worden wäre. Wie hier in diesem Fall auch erkennbar ist, wird das Verfahren erst nach dem Beginn der Einspritzungstätigkeit der Organe 44 in den Raum 23 beendet.
Es wird beispielhaft mit jedem Synchroraster (also synchron zur Zündung) ein Messwert ermittelt. Im Falle einer Brennkraftmaschine 10 mit vier Zylindern im Abstand von 180°KW, bei sechs Zylindern im Abstand von 120°KW.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren mittels Integration der Differenz aus aktuellem Sondenmesswert zum Referenzwert kann dies auch optional über gemittelte Messwerte erfolgen. Das berechnete Indiz (Integratorwert) aus dem Verlauf des Signals der Sonde 48 wird dann beispielsweise mit einem gemessenen Druckabfall eines so genannten Rails innerhalb der so genannten Stopp-Phasen der Brennkraftmaschine 10 im Start/Stopp-Betrieb verglichen. D. h., dass durch diese zusätzliche (nicht zwingend erforderliche) Gegenprobe eine Plausibilisierung des beschriebenen Verfahrens möglich ist. Deutet also der Integratorwert durch Nichtüberschreiten eines Schwellwerts auf einen Defekt eines Organs 44, so kann durch einen entsprechenden Verlauf des Druckabfalls des Rails dies ggf. bestätigt werden. Dementsprechend wäre ein Druckabfall des Rails wegen eines defekten, leckenden Organs 44 stärker als im Normalfall. Falls einer oder beide hier erwähnten Indikatoren (integrierter Lambdawert, Druckabfall im Rail) auf eine unzulässige Leckage schließen lassen, dann können weitere Diagnosemaßnahmen eingeleitet werden, um den indizierten Fehlerfall ggf. durch weitere Verfahren zu bestätigen. Im Zusammenhang mit 4 und auch 3 sind beispielsweise zwei Zeiten tF1, tF2 angegeben, die hier eine Länge eines Messfensters bestimmen. Zu einer solchen Bestimmung eines Messfensters bzw. dessen Länge ist die Berücksichtigung aller relevanten Einflussfaktoren, welche aus unterschiedlichen Abstell- und Startzuständen abzuleiten sind, wichtig. So kann beispielsweise das Messfenster, so genannt dynamisch nachgeführt werden. D. h. abhängig von einer so genannten Motorabstellposition kann somit beispielsweise der Beginn und auch das Ende und somit auch die Länge eines Messfensters unterschiedlich bestimmt sein. Weitere Einflussgrößen können eine aktuelle Einlassnockenkontur (insbesondere bei verstellbaren Einlassnockenwellen), der Zustand des Triebstrangs (hier beispielsweise abhängig vom Kupplungszustand), die gewählte Situation einer Gangschaltung (z. B. Leerlauf oder eine eingelegte bestimmte Gangstufe) oder auch eine Startstrategie sein. Zur so genannten Startstrategie gehört beispielsweise eine Wahl eines Fahrprogramms, wie dies in aktuellen Fahrzeugen, beispielsweise durch einen besonders wirtschaftlichen Modus (Eco) oder einen eher sportlichen Modus oder beispielsweise durch einen besonders komfortablen Modus dargestellt werden kann. Zudem sollen für die Wahl des Messfensters insbesondere auch Sondeneigenschaften berücksichtigt werden, hier insbesondere das so genannte Dynamikverhalten einer Breitbandsonde.
Zu dem oder den beschriebenen Verfahren der Integration kann auch eine Bewertung des Signalverhaltens anhand von Gradienten und der Absolutwerte des Lambdasignalverlaufs erfolgen.
In 5 ist ein weiteres Beispiel für eine Analyse eines Startverhaltens einer Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Die hier dargestellten Kurven lassen hier das Indiz zu, dass ein Organ 44 eine Leckage verursacht. Der Ablauf, der in 5 dargestellt ist, entspricht vollständig dem Ablauf, der in 4 dargestellt ist. Mit Beginn des Messfensters tF1 wird in - vorzugsweise regelmäßigen - Abständen (z. B.) ein Mal pro Takt der Brennkraftmaschine 10 ein aktueller Lambdawert L ermittelt. Zu diesem Lambdawert L wird eine Differenz dL zum Referenzlambdawert Lref ermittelt und mittels des bereits beschriebenen Integrationsverfahrens ein Integratorwert des Differenzlambdawerts ermittelt, der durch die Kurve Lint dargestellt ist. Mit dem Ende des Messfensters zum Zeitpunkt tF2 kann festgestellt werden, dass der Diagnosewert, d. h. hier der Integratorwert, bei 2,0 liegt. Dieser Wert ist kleiner als eine hier zahlenmäßig nicht benannte Schwelle (die aber beispielsweise 4,0 betragen kann), die voll funktionsfähige Brennkraftmaschinen 10 mit voll funktionsfähigen Organen 44 von nicht voll funktionsfähigen Brennkraftmaschinen 10 mit defekten, leckenden Organen 44 trennt. Die hier diagnostizierte Brennkraftmaschine 10 ist somit nicht in Ordnung.
In 6 ist das vorgestellte Verfahren kurz dargestellt. Mit dem Beginn des Verfahrens mit dem Schritt S1 wird beispielsweise in einem weiteren Schritt sichergestellt, dass die Sonde 48 betriebsbereit ist, Schritt S2. Hierzu kann beispielsweise erforderlich sein, dass zuvor in einen hier nicht dargestellten Schritt die Sonde 48 durch eine Sondenheizung auf Betriebstemperatur gebracht wird. In einem darauffolgenden Schritt S3 wird damit begonnen, die Brennkraftmaschine 10 durch die bereits erwähnte Hilfsantriebsmaschine anzudrehen bzw. hochzudrehen, so dass die Antriebswelle 19 und die anderen Teile des Triebwerks wie Pleuel und Kolben 15 und letztlich auch die Ventile, wie Einlassventile 29 und Auslassventile 33 in Bewegung kommen. Durch das eben erwähnte in Bewegung kommen der Auslassventile 33 wird dann ermöglicht, dass in einem Schritt S4 das Fluid 40 aus dem Raum 23 in die Fluidführung 42 ausgelassen wird und dadurch die betriebsbereite Sonde 48 in der Lage ist, die Eigenschaft des Fluids 40 zu erkennen und entsprechende Signale an die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 50 zu geben, S5. In dem weiteren Schritt S6 wird die Sondeneigenschaft bzw. deren physikalischer Zustand ausgewertet und so ein aktueller Lambdawert L ermittelt, Schritt S6. Im Rahmen der Auswertung kann beispielsweise das vorgestellte Integrationsverfahren in Frage kommen. Alternativ ist es möglich (man vergleiche auch mit 3), das Überschreiten bzw. Nichtüberschreiten eines Lambdawerts L, hier beispielsweise eines Absolutwerts eines Lambdawerts von 1,1 auszuwerten. Hierbei ist dann als Kriterium beispielsweise anzuwenden, zu welchem Zeitpunkt zwischen den Grenzen tF1 und tF2 des Messfensters diese Schwelle überschritten wird. Ist dies im Wesentlichen in etwa zur Mitte bzw. zu einem bestimmten Zeitpunkt im Bereich des Messfensters (beispielsweise), so kann darauf geschlossen werden, dass das Organ 44 in einem ordnungsgemäßen, d. h. nicht leckenden Zustand ist. Wird der erwähnte Schwellwert von hier Lambda = 1,1 erst beispielsweise nach dem Ablauf von ca. 90 % der Zeit, die das Messfenster ausmacht bzw. zu einem bestimmten Zeitpunkt im Bereich des Messfensters überschritten, also deutlich später als es mit einem ordnungsgemäßen Organ 44 der Fall wäre, so kann dann darauf geschlossen werden, dass das Organ 44 defekt, weil leckend ist.
Da das hier vorgestellte Verfahren so ablaufen soll, dass das Fluid 40 von gesteuertem Zuführen von Kraftstoff 54 unbeeinflusst sein soll, ist gemäß dem Verfahren vorzusehen, dass die Analyse des Fluids 40 auf eine Leckagemenge des Kraftstoffs 54 beispielsweise nach dem Beginn gesteuerten Zuführens von Kraftstoff 54 in den Raum 23, aber spätestens vor dem Erreichen der Sonde 48 des aus diesem Raum 23 geströmten Fluids 40 beendet wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Analyse vor einer durch Ansteuern eines Organs 44 der Brennkraftmaschine 10 erfolgten Zufuhr von Kraftstoff 54, insbesondere in den Raum 23 oder in die Fluidführung 42 erfolgt. Bei der Analyse wird dabei ein Signal der Sonde 48 ausgewertet und dabei ein Anteil von insbesondere unverbranntem oder teilverbranntem-Kraftstoff im Fluid ermittelt. Wird bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde 48 auf keine oder eine zulässige Leckagemenge geschlossen, so wird gemäß einer Variante dieses Verfahrens ein Betrieb der Brennkraftmaschine 10 fortgesetzt. Im Rahmen des Verfahrens kann bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde 48 auf eine unzulässig hohe Leckagemenge geschlossen werden. Eine der möglichen Folgen ist dabei, dass ein Betreiben der Brennkraftmaschine 10 fortgesetzt wird. Eine alternative Variante kann darin bestehen, dass ein Betreiben der Brennkraftmaschine 10 nicht fortgesetzt wird. Gemäß dem beschriebenen Integratorverfahren oder dem beschriebenen Schwellwertverfahren für Lambda ist vorgesehen, dass ein Signalverlauf der Sonde mit einem Referenzsignalverlauf verglichen wird und bei einer überschrittenen Schwelle einer Abweichung auf unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ 44 geschlossen wird. Nach einem weiteren Schritt des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein frühester Beginn tF1 einer Signalauswertung der Sonde 48 und/oder ein spätestes Ende tF2 einer Signalauswertung der Sonde 48 bestimmt wird. Das Ende der Signalauswertung bezieht sich dabei auf das verbundene Ergebnis, in dem hierbei ein Ende einer Signalauswertung zum Zwecke einer unzulässig hohen Leckagemenge verstanden wird. Eine Signalauswertung der Sonde 48 wird normaler Weise fortgesetzt; dies jedoch wegen der Luftreinhaltung im Allgemeinen.
Ein frühester Beginn tF1 einer Signalauswertung der Sonde 48 und damit der Beginn des Messfensters kann von einer Ruhedrehlage einer Antriebswelle 19 der Brennkraftmaschine 10 abhängig gemacht werden. Dies gilt insbesondere unter dem Aspekt, dass, je früher ein nächstes Auslassventil 33 des Kurbeltriebs der Brennkraftmaschine 10 einen Brennraum bzw. Raum 23 öffnet, ein Beginn tF1 früher festgelegt wird. Ist also ein nächster Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils 33 unmittelbar bevorstehend, so kann ein Beginn tF1 des Messfensters auf einen frühen Zeitpunkt festgelegt werden. Wie jedoch unter Berücksichtigung der Abläufe in einer Brennkraftmaschine 10 auch deutlich ist, kann dieser Beginn des Messfensters auch später gelegt werden. Typischer Weise öffnet ein Auslassventil 33, beispielsweise rund um eine Antriebswellenposition von 120 Grad Kurbelwelle bzw. Antriebswelle nach dem so genannten Zünd-OT. Auf diese Situation hin folgt jedoch typischer Weise erst mal noch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 15, so dass im einiger Maßen kalten Zustand der Brennkraftmaschine 10 das Fluid 40 zunächst noch nicht den Raum 23 verlässt. Vielmehr wird in einem derartigen Moment zunächst noch Fluid 40 aus der Fluidführung (Abgasstrang) zurück in den Raum 23 gesogen. Erst mit dem Durchschreiten des unteren Totpunkts zwischen dem so genannten Arbeitstakt und dem Ausstoßtakt besteht die Möglichkeit, dass Fluid 40 mit einer Leckagemenge an Kraftstoff 54 aus dem Raum 23 in die Fluidführung 42 geschoben wird. Wenn diese Gasmenge die Sonde 48 erreicht, sollte - bei Verwendung des Integratorverfahrens - der späteste Beginn (oder kurz vorher) tF1 des Messfensters gelegt sein. Es ist somit beispielsweise vorgesehen, dass - bei Verwendung des Integratorverfahrens - ein Beginn einer Signalauswertung der Sonde 48 und damit der Beginn tF1 des Messfensters spätestens mit dem Beginn eines erwarteten Anstiegs eines Lambdawerts L beginnt. Bei dem erwähnten Verfahren mit Schwellwertentscheidung ist letztlich für eine Entscheidung, dass ein Organ 44 in Ordnung ist, von Bedeutung, dass zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ein bestimmter Schwellwert nicht erreicht ist. D. h. das Messfenster kann auch nach dem vorbestimmten Zeitpunkt beginnen und weil der Schwellwert nicht überschritten ist, sofort entschieden werden, dass die Organe 44 in Ordnung sind. Die Sonde 48 muss vor Beginn einer seriösen Analyse auf eine, d. h. ihre Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Es ist somit im Verfahrensablauf rechtzeitig vor dem Beginn des Analysierens die Betriebstemperatur der Sonde 48 zu erreichen. Zudem soll mit dem Beginn tF1 der Analyse eine vorbestimmte Stillstandszeit (Stopp-Phase, erste Stillstandszeit) der Brennkraftmaschine 10 eine bestimmte Mindestdauer zumindest erreicht haben. Insbesondere ist im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass eine Analyse während eines ersten Ausstoßtakts (Gaswechsel) eines Zylinders 13 beginnt.
Im Zusammenhang mit kurzen Stillstandszeiten (zweite Stillstandszeit) der Brennkraftmaschine 10 wurde festgestellt, dass ein Signalverlauf L (3) nicht auf ein defektes Organ zurückzuführen sein kann, da die Zeit für einen nennenswerten bzw. indirekt messbaren Austritt von Kraftstoff 54 auf Grund von Leckage zu kurz ist. Unter kurzen Stillstandszeiten sind beispielsweise Sekundenzeiträume (zum Beispiel 5s oder 30s oder 100s) zu verstehen, wie sie beispielsweise bei Start-Stopp-Systemen auftreten. Das heißt, dass eine erste Stillstandszeit sehr viel größer als eine zweite Stillstandszeit ist. Eine erste Stillstandszeit kann bspw. eine Pause zwischen zwei Fahrten, bzw. mehrstündig, umfassen, während eine zweite Stillstandszeit während einer Fahrt auftritt. Dieser Signalverlauf L zeigt, dass das Lambdasignal sehr früh bereits nach Fett ansteigt. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 10 einen niedrigen Luftanteil bzw. einen hohen Anteil an Kraftstoff 54 in dem ausgestoßenen Luft-Kraftstoffgemisch haben muss. Auf Grund der kurzen Stillstandszeit (zweite Stillstandszeit) wird darauf geschlossen, dass der relativ hohe Anteil an Kraftstoff 54 nicht aus dem Organ 44, sondern aus einer anderen Quelle stammt. Diese andere Quelle kann bspw. ein Kraftstoffanteil in der sogenannten Ölwanne der Brennkraftmaschine 10 sein. Insbesondere bei älteren Kraftfahrzeugen und/oder Kraftfahrzeugen, bei denen länger kein Ölwechsel vorgenommen wurde, kann ein Kraftstoffanteil in der Ölwanne festgestellt werden (Öl-Kraftstoffgemisch). Ein Teil dieses Kraftstoffanteils kann aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 10 vorbei an bspw. schon stärker abgenutzten Kolbenringen in den Raum 23 überströmen.
Für solche Fälle wird vorgeschlagen für die unterschiedlichen Verfahrensweisen dynamische Referenzwerte zu verwenden.
Während bisher beispielsweise vorgesehen ist, dass eine Schwelle des Integratorwerts bei 4,0 liegt, die die voll funktionsfähige Brennkraftmaschine 10 mit voll funktionsfähigen Organen 44 von der nicht voll funktionsfähigen Brennkraftmaschine 10 mit defekten, leckenden Organen 44 trennt, soll für solche Fälle ein dynamisch angepasster Referenzwert gelten. Durch Integration der Werte Ldiff - wie bereits beschrieben - wird für solche Fälle (kurze Stillstandszeiten) ein Integratorwert ermittelt, der als dynamisch angepasster Referenzwert - hier dynamisch angepasster Integratorwert Lint,dyn = 2,3 - gelten soll.
Alternativ kann als dynamisch angepasster Referenzwert für solche Fälle auch die Zeit tschw geändert werden. So kann beispielsweise die Zeit tschw,dyn gesetzt werden, bis zu der der Signalverlauf L den Schwellwert Lschw spätestens erreicht haben muss, um die Brennkraftmaschine 10 als voll funktionsfähig zu erkennen. Die Zeit tschw,dyn kann dabei als Summe einer gemessenen Zeit tgem, zu der der Signalverlauf L den Schwellwert Lschw tatsächlich erreicht hat, und einem Zeitzuschlag dt gebildet werden.
Demgemäß ist ein Verfahrensschritt vorgesehen, wonach a) bei Unterschreiten einer Schwelle des Integratorwerts Lint und Unterschreiten der vorbestimmten ersten Stillstandszeit oder b) Überschreiten des Schwellwerts Lschw nach Ablauf der Zeit tschw und Unterschreiten der vorbestimmten zweiten Stillstandszeit der Brennkraftmaschine 10 ein Referenzwert Integratorwert Lint,dyn oder Zeit tschw,dyn, bis zu der der Signalverlauf L den Schwellwert Lschw erreicht hat, dynamisch angepasst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019208018 [0003]
DE 2216705 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Analyse eines Fluids (40), welches aus einem Raum (23) - insbesondere Brennraum - einer Brennkraftmaschine (10) in eine Fluidführung (42) einströmt, wobei die Brennkraftmaschine (10) zumindest ein Organ (44) - insbesondere Einspritzventil - zur Zuführung von Kraftstoff (54) aufweist, wobei die Analyse mittels einer Sonde (48) - insbesondere Lambda-Sonde - erfolgt, auf die das Fluid (40) in der Fluidführung (42) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse während eines Andrehens der Brennkraftmaschine (10) stattfindet und das auf die Sonde (48) einwirkende Fluid (40) von gesteuert zugeführtem Kraftstoff (54) unbeeinflusst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse des Fluids (40) auf eine Leckagemenge des Kraftstoffs (54) vor dem Erreichen der Sonde (48) durch das aus dem Raum (23) geströmte und mit gesteuert zugeführtem Kraftstoff (54) angereichte Fluid (40) beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse des Fluids (40) auf eine Leckagemenge des Kraftstoffs (54) nach dem Beginn gesteuerten Zuführens von Kraftstoff (54) in den Raum (23) beendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse vor einer durch Ansteuern eines Organs (44) der Brennkraftmaschine (10) erfolgten Zufuhr von Kraftstoff (54) - insbesondere in den Raum (23) oder in die Fluidführung (42) - erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse ein Signal der Sonde (48) ausgewertet wird und dabei ein Anteil von - insbesondere unverbranntem oder teilverbranntem - Kraftstoff im Fluid (40) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für - vorzugsweise alle - mehrere jeweils aktuelle Sondenmesswerte der Sonde (48), die vorzugsweise innerhalb eines Messfensters ermittelt werden, je eine Differenz (dL) aus diesem aktuellen Sondenmesswert (L) und einem Referenzwert (Lref) ermittelt und dass die Differenzen (dL) zueinander zu einem jeweils aktuellen Integratorwert (Lint) addiert werden und nach einer definierten Anzahl an Differenzen der Integratorwert (Lint) mit einer Fehlerschwelle verglichen wird, um zu entscheiden, ob das Organ (44) defekt oder nicht defekt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde (48) auf keine oder eine zulässige Leckagemenge geschlossen und ein Betrieb der Brennkraftmaschine (10) fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse durch das Auswerten des Signals der Sonde auf eine unzulässig hohe Leckagemenge geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalverlauf (Lio, Lnio) der Sonde (48) mit einem Referenzwert (Lref,w) verglichen wird und im Falle, dass eine Abweichung (Ldiff) eine Schwelle (Lschw) nach Ablauf einer bestimmten Zeit (tschw) nach Beginn des Messfensters (tF1) überschreitet, auf eine unzulässig hohe Leckagemenge und somit auf ein defektes Organ (44) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalverlauf (Lio, Lnio) der Sonde (48) mit einem Referenzwert (Lref,w) verglichen wird und im Falle, dass eine Abweichung (Ldiff) eine Schwelle (Lschw) vor einer bestimmten Zeit (tschw) nach Beginn des Messfensters (tF1) überschreitet, auf ein ordnungsgemäßes Organ (44) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein frühester Beginn (tF1) einer Signalauswertung der Sonde (48) und/oder ein spätestes Ende (tF2) einer Signalauswertung der Sonde (48) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein frühester Beginn (tF1) einer Signalauswertung der Sonde (48) von einer Ruhedrehlage einer Antriebswelle (19) der Brennkraftmaschine (10) abhängig ist - insbesondere, dass je früher ein nächstes Auslassventil eines Brennraums öffnet- ein Beginn früher ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn (tF1) einer Signalauswertung der Sonde (48) spätestens mit dem Beginn eines erwarteten Anstiegs eines Lambdawerts (I) beginnt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (48) vor Beginn (tF1) der Analyse auf eine, ihre Betriebstemperatur (t48) aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Beginn (tF1) der Analyse eine vorbestimmte erste Stillstandszeit der Brennkraftmaschine (10) eine bestimmte Mindestdauer zumindest erreicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für ein Fluid (40) mit unverbranntem Kraftstoff stehendes Sondensignal einem bestimmten Zylinder (13) zugeordnet und damit dieses Sondensignal einem diesem Zylinder (13) zugeordneten bestimmten Organ (44) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) bei Unterschreiten einer Schwelle des Integratorwerts (Lint) und Unterschreiten der vorbestimmten ersten Stillstandszeit oder b) Überschreiten des Schwellwerts (Lschw) nach Ablauf der Zeit (tschw) und Unterschreiten der vorbestimmten zweiten Stillstandszeit der Brennkraftmaschine (10) ein Referenzwert (Lint,dyn; tschw,dyn) dynamisch angepasst wird.
Vorrichtung mit Mitteln und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (50) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach den vorstehenden Ansprüchen ausgelegt sind.
Computerprogramm (52), umfassend Befehle, die, wenn sie in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (50) der Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch ablaufen, bewirken, dass die Vorrichtung die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 14 ausführt.