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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems für Kraftstoff eines Verbrennungsmotors, sowie ein Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Medium und eine Steuerungseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
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Bei Verbrennungsmotoren wird Kraftstoff beispielsweise mittels eines Kraftstoff-Einspritzsystems direkt in die Brennräume der Zylinder zugeführt und dort unter Energieabgabe verbrannt. Dazu weisen diese Kraftstoff-Einspritzsysteme zumindest einen Kraftstoffdruckspeicher und pro Zylinder zumindest einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors auf. Solche Kraftstoff-Einspritzsysteme sind beispielsweise sogenannten Common-Rail-Einspritzsysteme. Die pro Einspritzereignis eingespritzte Kraftstoffmasse wird je nach Leistungsanforderung berechnet und mittels des Kraftstoff-Injektors in den Brennraum des jeweiligen Zylinders zudosiert bzw. eingespritzt. Bei vorgegebenem Druck im Common-Rail, der je nach Systemauslegung bis über 2000 bar betragen kann, wird die pro Einspritzereignis zudosierte Kraftstoffmasse im Wesentlichen über die Öffnungsdauer des jeweiligen Kraftstoff-Injektors gesteuert. Da insbesondere im Falle von Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystemen bereits kleine Variationen der Öffnungsdauer, die beispielsweise durch Systemtoleranzen oder Alterung der Komponenten verursacht sein können, einen nicht unerheblichen Einfluss auf die eingespritzte Kraftstoffmasse haben, ist die genaue Kenntnis des Öffnungsverhaltens des Injektors für eine exakte Steuerung des Einspritzvorgangs wichtig. Es ist daher bekannt, im Betrieb des Verbrennungsmotors von Zeit zu Zeit System-Diagnosen bzw. Zustandserkennungen, Zustandsüberwachungen bis hin zur Erkennung, Anzeige und Speicherung von Komponenten- oder Systemfehlern vorzunehmen, um ggf. korrigierend eingreifen zu können und ggf. Steuerungsvorgaben zu adaptieren. Dazu werden bei Kraftstoff-Injektoren beispielsweise Testansteuerungen oder Testeinspritzungen durchgeführt und das Ergebnis überprüft, um ein irreguläres Betriebsverhalten feststellen zu können.
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Dazu wird der Injektor, beispielsweise ein elektromagnetischer Injektor, derart kurz angesteuert, dass der Öffnungsvorgang nicht vollständig abläuft und insbesondere kein Kraftstoff eingespritzt wird. Insbesondere bei Systemen, die einen sogenannten Leerhub aufweisen, bei denen der Aktuator, beispielsweise ein Anker eines Solenoid-Aktuators, zunächst einen gewissen Leerweg zurücklegt, bevor er die Ventilnadel mitnimmt und somit das Ventil öffnet, sodass eine Einspritzung stattfinden kann. Für eine möglichst genaue Dosierung der eingespritzten Kraftstoffmasse, ist es vorteilhaft, den genauen Öffnungszeitpunkt zu kennen.
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Das Durchführen von Testansteuerungen der Kraftstoff-Injektoren zur Überwachung und Bewertung des Öffnungsverhaltens des jeweiligen Kraftstoff-Injektors ist Voraussetzung für eine ggf. erforderliche Korrektur der Ansteuerung, um zu gewährleisten, dass die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse, mit der für den jeweiligen Betriebspunkt berechneten, erforderlichen Kraftstoffmasse übereinstimmt. Nachteilig ist dabei jedoch, dass es während der Testansteuerung ungewollt zu einer Kraftstoffeinspritzung kommen kann. In der Folge ist die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmasse insgesamt zu groß, sodass der Verbrennungsvorgang nicht optimal abläuft, der Abgasausstoß dadurch negativ beeinflusst wird und sogar eine Laufunruhe spürbar wird. Es ist daher wünschenswert die so eingespritzten Kraftstoffmassen zu ermitteln, um korrigierend eingreifen zu können.
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Neben Verfahren zur Ermittlung der eingespritzten Kraftstoffmasse, die auf gemessenen Zustandsgrößen des Kraftstoff-Injektors basieren, wie beispielsweise aus
DE 10 2009 047 611 A1 oder
DE 3 806 129 A1 bekannt, sind Verfahren bekannt die auf Messung des durch eine Einspritzung hervorgerufenen Druckabfalls im Kraftstoffdruckspeicher basieren. Solche Verfahren sind beispielsweise aus
WO 2008 092 779 A1 und
DE 10 2008 033 754 A1 bekannt. Wird nun die ermittelte eingespritzte Kraftstoffmasse in Relation gesetzt zur zugeordneten Einspritzdauer, also der Öffnungsdauer des Ventils des jeweiligen Kraftstoff-Injektors, so ergibt sich daraus eine Durchflussrate, die angibt welche Kraftstoffmasse / Zeiteinheit durch das geöffnete Ventil fließt. Da die eingespritzte Kraftstoffmasse, also die aus dem Kraftstoffdruckspeicher entnommene Kraftstoffmasse, in direktem Zusammenhang mit dem durch die Entnahme der Kraftstoffmasse hervorgerufenen Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher steht, kann insbesondere zum Vergleich von einzelnen Einspritzereignissen auch ein für die Durchflussrate repräsentativer Durchflusswert herangezogen werden, der den Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher direkt in Relation setzt zur Einspritzdauer, also einen Druckabfall / Zeiteinheit angibt.
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Da die möglicherweise ungewollt eingespritzte Kraftstoffmasse in der Regel sehr klein ist, lässt sie sich nicht mit ausreichender Genauigkeit direkt über bisher bekannte Verfahren bestimmen um ggf. korrigierend eingreifen zu können.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem der Einspritzvorgang und insbesondere die Menge des eingespritzten Kraftstoffs besonders exakt gesteuert werden können. Weiterhin sollen ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, ein computerlesbares Speichermedium und eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzsystems durchzuführen bzw. zu steuern.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Das Kraftstoff-Einspritzsystem weist zumindest einen Kraftstoffdruckspeicher, beispielsweise ein Common-Rail, und zumindest einen aus dem Kraftstoffdruckspeicher gespeisten Kraftstoff-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors auf, wobei der Kraftstoff-Injektor beispielsweise ein Solenoid-Injektor oder ein direkt oder indirekt angetriebener Piezo-Injektor sein kann.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Durchführen einer ersten regulären Kraftstoff-Einspritzung mittels eines Kraftstoff-Injektors und ermitteln eines ersten Durchflusswertes von Kraftstoff durch diesen Kraftstoff-Injektor, auf Basis eines durch die reguläre Kraftstoff-Einspritzung verursachten ersten Druckabfalls im Kraftstoffdruckspeicher in Relation zu einer ersten Einspritzdauer der durchgeführten ersten regulären Einspritzung;
- - Durchführen einer Kraftstoff-Testeinspritzung, die aus zumindest einer Testansteuerung dieses Kraftstoff-Injektors und einer unmittelbar darauffolgenden zweiten regulären Kraftstoff-Einspritzung mittels dieses Kraftstoff-Injektors besteht und ermitteln eines zweiten Durchflusswertes von Kraftstoff durch diesen Kraftstoff-Injektor, auf Basis eines durch die Testansteuerung und die zweite reguläre Einspritzung in Summe verursachten zweiten Druckabfalls im Kraftstoffdruckspeicher in Relation zu einer zweiten Einspritzdauer der durchgeführten zweiten regulären Einspritzung;
- - Bilden eines Vergleichswertes auf Basis zumindest des ermittelten ersten Durchflusswertes und zumindest des ermittelten zweiten Durchflusswertes dieses Kraftstoff-Injektors und feststellen eines irregulären Betriebsverhaltens dieses Kraftstoff-Injektors, wenn der Vergleichswert um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß von einem vorbestimmten ersten Vorgabewert abweicht.
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Unter einer Testansteuerung des Injektors wird hier und im Folgenden ein Ereignis verstanden, bei dem der Injektor zum Öffnen angesteuert wird, lediglich um ein Öffnungsverhalten des Injektors zu testen, nicht jedoch unbedingt, um eine Einspritzung vorzunehmen. Der Injektor wird demnach lediglich für ein sehr kurzes Zeitintervall angesteuert mit der Absicht, das Öffnungsverhalten des Injektors zu testen. Dabei kann die Testansteuerung so kurz gewählt sein, dass die Ventilnadel nicht vom Ventilsitz abgehoben wird, so dass keine Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder erfolgt. Es kann die Testansteuerung jedoch auch so bemessen sein, dass die Ventilnadel vom Ventilsitz abhebt und eine Kleinstmenge oder eine gegenüber einer Haupteinspritzung kleine Menge an Kraftstoff eingespritzt wird.
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Gemäß dem Verfahren werden zwei unterschiedliche Einspritzereignisse betrachtet, wobei ein erstes Einspritzereignis lediglich eine reguläre Einspritzung von Kraftstoff beinhaltet. Dabei wird während einer ersten Einspritzdauer ein erster Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher verursacht, also eine bestimmte Kraftstoffmasse in den Zylinder eingespritzt. Der für dieses Einspritzereignis ermittelte erste Durchflusswert, also Druckabfall/Einspritzdauer, von Kraftstoff durch den Injektor ist somit ein Maß für die während einer regulären Einspritzung planmäßig eingespritzten Kraftstoffmenge.
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Das zweite Einspritzereignis wird als Kraftstoff-Testeinspritzung bezeichnet und umfasst neben einer zweiten regulären Einspritzung auch zumindest eine Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors. Dabei kann vorgesehen sein, dass durch die Testansteuerung keine Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder erfolgen sollte oder nur eine kleine oder Kleinstmenge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden soll. Dabei kann die Kraftstoff-Testeinspritzung zwar auch mehrere Testansteuerungen umfassen, jedoch scheint es zweckmäßig, wenn die Kraftstoff-Testeinspritzung neben einer regulären Kraftstoff-Einspritzung lediglich eine Testansteuerung umfasst.
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Nun wird der durch die Kraftstoff-Testeinspritzung insgesamt, also durch Testansteuerung und zweite reguläre Kraftstoff-Einspritzung, hervorgerufene Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher ins Verhältnis gesetzt zu nur der Einspritzdauer der zweiten regulären Kraftstoff-Einspritzung, also ohne Zeitanteil für die Testansteuerung, woraus sich für die Kraftstoff-Testeinspritzung ein zweiter Durchflusswert ergibt. Durch den Bezug auf die jeweilige Einspritzdauer ist es dabei vorteilhaft unerheblich, ob die eingespritzte Kraftstoffmasse, also die Einspritzdauer, der ersten regulären Kraftstoff-Einspritzung mit der Kraftstoffmasse, also der Einspritzdauer, der zweiten regulären Kraftstoff-Einspritzung der Kraftstoff-Testeinspritzung übereinstimmt. So können die erste reguläre Kraftstoff-Einspritzung und die Kraftstoff-Testeinspritzung vorteilhaft beispielsweise auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Belastungszuständen des Verbrennungsmotors im regulären Betrieb erfolgen und bleiben durch den Bezug auf die jeweilige Einspritzdauer dennoch vergleichbar.
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Falls also bei der Testansteuerung während der Kraftstoff-Testeinspritzung, wie vorgesehen, kein Kraftstoff eingespritzt wird, entspricht der für die Kraftstoff-Testeinspritzung ermittelte zweite Durchflusswert, dem für die erste reguläre Einspritzung ermittelten, ersten Durchflusswert, zumindest innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen, d.h. der zweite Durchflusswert weicht von dem ersten Durchflusswert nicht oder nur sehr gering ab, höchstens um ein vorbestimmtes unkritisches Toleranzmaß. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die gesamte eingespritzte Kraftstoffmasse während der regulären Einspritzung im zweiten Zeitintervall eingespritzt wurde und nicht während der Testansteuerung.
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Ist dagegen die Einspritzung einer Klein- oder Kleinstmenge vorgesehen, so weicht der zweite Durchflusswert um ein bestimmtes, erlaubtes Maß vom ersten Durchflusswert ab.
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Weicht der zweite Durchflusswert jedoch um mehr als ein vorbestimmtes, ggf. über das erlaubte Maß hinausgehendes, Toleranzmaß von dem ersten Durchflusswert ab, so bedeutet dies, dass während des zweiten Einspritzereignisses und somit durch die Testansteuerung der Kraftstoff-Testeinspritzung eine bestimmte, unbeabsichtigte Kraftstoffmasse bzw. eine zu große Kraftstoffmasse eingespritzt wurde.
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Auf Basis des ersten Durchflusswertes und des zweiten Durchflusswertes wird dann ein Vergleichswert ermittelt, der mit einem vorbestimmten ersten Vorgabewert verglichen wird. Dabei wird der Vorgabewert abhängig davon festgelegt, ob bzw. welche Masse an Kraftstoff durch die Testansteuerung eingespritzt werden soll. In einfacher Ausführung kann der Vergleichswert als Differenzwert oder Verhältniswert aus erstem und zweitem Durchflusswert gebildet werden. Ein irreguläres Betriebsverhalten dieses Kraftstoff-Injektors, also eine Abweichung von der Norm, also dem erwarteten Betriebsverhalten, wird festgestellt, wenn der Vergleichswert um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß von dem vorbestimmten Vorgabewert abweicht.
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Die für das Verfahren herangezogene erste reguläre Kraftstoff-Einspritzung und die Kraftstoff-Testeinspritzung müssen nicht zwangsläufig in der angegebenen Reihenfolge und direkt aufeinanderfolgen. Typischerweise wird eine Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors während des Betriebs des Einspritzsystems lediglich alle paar Minuten vorgenommen, während das Ermitteln des ersten Durchflusswertes von Kraftstoff typischerweise eher im Sekundenabstand bzw. bei jeder beliebigen regulären Eispritzung erfolgen kann. Es kann auch eine der Kraftstoff-Testeinspritzung nachfolgende reguläre Kraftstoff-Einspritzung zur Bildung des Vergleichswertes herangezogen werden.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass es das Erkennen ungewollter Einspritzvorgänge während Testansteuerungen des Injektors ermöglicht. Auf das Durchführen von Testansteuerungen muss gemäß dem beschriebenen Verfahren nicht verzichtet werden, vielmehr kann das Risiko ungewollter Einspritzungen eingegangen werden, weil diese erkannt werden. Im Folgenden kann die ungewollt eingespritzte Kraftstoffmasse dann zumindest bei nachfolgenden Kraftstoff-Testeinspritzungen berücksichtigt und somit die eingespritzte Kraftstoffgesamtmasse der Kraftstoff-Testeinspritzung auf die vorgegebene Kraftstoffmasse der regulären Kraftstoff-Einspritzung korrigiert werden.
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Der erste und der zweite Durchflusswert stellen jeweils einen repräsentativen Wert für die auf die Einspritzdauer der jeweiligen regulären Kraftstoff-Einspritzung bezogenen eingespritzten Kraftstoffmasse dar, die während des jeweiligen Einspritzereignisses eingespritzt wird.
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Prinzipiell könnte die Identifikation einer durch eine Testansteuerung unbeabsichtigt erfolgten Kraftstoff-Einspritzung auch alleine basierend auf dem durch die jeweilige reguläre Kraftstoff-Einspritzung und die Kraftstoff-Testeinspritzung hervorgerufenen Druckabfall und der daraus ableitbaren eingespritzten Kraftstoffmasse erfolgen. Dazu müsste jedoch gewährleistet werden, dass die Einspritzdauer der ersten regulären Kraftstoff-Einspritzung und die Einspritzdauer der zweiten regulären Kraftstoff-Einspritzung im Rahmen der Kraftstoff-Testeinspritzung absolut gleich sind. Dies ist jedoch im regulären Betrieb eines Verbrennungsmotors aufgrund der ständig sich ändernden Betriebsbedingungen und Lastzustände nur sehr schwierig zu gewährleisten. Die Unabhängigkeit davon ist ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, wenn der Vergleichswert um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß jedoch weniger als ein vorbestimmtes zweites Toleranzmaß von einem vorbestimmten Vorgabewert abweicht, steuerungstechnische Maßnahmen errechnet, die das irreguläre Betriebsverhalten des Kraftstoff-Injektors ausgleichen, und mittels einer zentralen Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Verbrennungsmotors eingeleitet. So kann beispielsweise ein Korrekturwert ermittelt werden, der bei der Ermittlung der für den aktuellen Lastzustand des Verbrennungsmotors regulär einzuspritzenden Kraftstoffmasse Anwendung findet. Dies verringert einen gegebenenfalls bei Abweichungen erforderlichen erhöhten Regelungsaufwand und verbessert das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher ermittelt, durch Messung eines Kraftstoffdrucks im Kraftstoffdruckspeicher unmittelbar vor Beginn und unmittelbar nach Ende der ersten Einspritzdauer der ersten regulären Kraftstoff-Einspritzung und Bildung der Differenz daraus. Der zweite Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher wird jedoch ermittelt, durch Messung eines Kraftstoffdrucks im Kraftstoffdruckspeicher unmittelbar vor Beginn der Testansteuerung und unmittelbar nach Ende der zweiten Einspritzdauer der der Kraftstoff-Testeinspritzung zugeordneten zweiten, regulären Kraftstoff-Einspritzung und Bildung der Differenz daraus. Hierdurch können störende Einflüsse weiterer Druckschwankungen im Kraftstoffdruckspeicher, insbesondere durch die Nachförderung von Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe weitgehend vermieden werden.
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Dabei wird der Kraftstoffdruck insbesondere direkt am Kraftstoffdruckspeicher gemessen, wobei davon ausgegangen wird, dass am Messort annähernd derselbe Kraftstoffdruck vorliegt wie am Kraftstoff-Injektor. Für die Druckmessung werden hochauflösend messende Drucksensoren verwendet, wie sie für derartige Einspritzsysteme bereits bekannt sind.
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Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur Bildung des Vergleichswertes eine Differenz berechnet wird, zwischen einem ersten Durchflusswert und einem zweiten Durchflusswert oder ein Verhältniswert berechnet wird, zwischen einem ersten Durchflusswert und einem zweiten Durchflusswert. Auf diese Weise wird eine Abweichung des Betriebsverhaltens des Kraftstoff-Injektors von der Norm auf einfache Weise dargestellt und kann zur Bewertung des Betriebsverhaltens durch Vergleich mit einem Vorgabewert herangezogen werden. In vorteilhafter Weise kann um den Vorgabewert zusätzlich ein Toleranzbereich definiert werden, beispielsweise durch Festlegung eines oberen und eines unteren Grenzwertes, wobei das Betriebsverhalten des Kraftstoff-Injektors erst als irregulär bewertet wird, wenn der ermittelte Vergleichswert außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
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Eine weitere Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zur Bildung des Vergleichswertes ein erster Durchflussmittelwert gebildet wird aus mehreren für den betreffenden Kraftstoff-Injektor ermittelten ersten Durchflusswerten für reguläre Kraftstoff-Einspritzungen und ein zweiter Durchflussmittelwert gebildet wird aus mehreren für diesen Kraftstoff-Injektor ermittelten zweiten Durchflusswerten für Kraftstoff-Testeinspritzungen. In weiterer Folge wird dann auf Basis des ersten Durchflussmittelwerts und des zweiten Durchflussmittelwerts der Vergleichswert gebildet.
Dies kann in weiterer Ausführung des Verfahrens dadurch erfolgen, dass eine Differenz berechnet wird, zwischen dem ersten Durchflussmittelwert und dem zweiten Durchflussmittelwert oder dass ein Verhältniswert berechnet wird, zwischen einem ersten Durchflussmittelwert und einem zweiten Durchflussmittelwert. Auf diese Weise können Schwankungen, Abweichungen oder Ausreißer einzelner Messungen vorteilhaft ausgeglichen werden.
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Es können jedoch alternativ auch mehrere Vergleichswerte für einen Kraftstoff-Injektor auf Basis jeweils einzelner erster und zweiter Durchflusswerte ermittelt werden und erst dann über die mehreren Vergleichswerte sozusagen ein Vergleichs-Mittelwert gebildet werden, der dann zur Bewertung des Betriebsverhaltens des Kraftstoff-Injektors herangezogen wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Mittelwertbildung im Gegensatz zu der davor erwähnten Ausführungsform erst später in der Berechnung vorgenommen. Beide Vorgehensweisen bewirken eine Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens, Da auf diese Weise Schwankungen, Abweichungen oder Ausreißer einzelner Messungen vorteilhaft ausgeglichen werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird, falls der ermittelte Vergleichswert oder Vergleichs-Mittelwert um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß, doch um weniger als ein vorbestimmtes zweites Toleranzmaß von dem vorbestimmten Vorgabewert abweicht, eine durch die Testansteuerung bedingte zusätzliche Test-Einspritzmasse erkannt und eine entsprechende Korrektur der regulären Kraftstoff-Einspritzung der nachfolgenden Kraftstoff-Testeinspritzungen vorgenommen, um die unbeabsichtigte zusätzliche Test-Einspritzmenge auszugleichen. Dazu wird die durch die Testansteuerung ungewollt eingespritzte Kraftstoffmasse berechnet und bei einer folgenden Kraftstoff-Testeinspritzung antizipiert. Die folgende reguläre Kraftstoff-Einspritzung innerhalb der Kraftstoff-Testeinspritzung kann dann entsprechend verringert werden. Somit entspricht die durch die Kraftstoff-Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffgesamtmasse, der für die jeweilige reguläre Kraftstoff-Einspritzung errechneten Kraftstoffmasse und eine nachteilige Beeinflussung des regulären Betriebs des Verbrennungsmotors durch die Kraftstoff-Testeinspritzung, kann vorteilhaft vermieden werden.
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Bei dieser Vorgehensweise wird die ungewollt eingespritzte Test-Einspritzmasse bei der folgenden regulären Einspritzung einer Kraftstoff-Testeinspritzung berücksichtigt, d.h. beispielsweise von der geplanten regulären Kraftstoff-Einspritzmasse abgezogen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich bei dem folgenden Verbrennungsvorgang im Zylinder die gewünschte, vorgegebene Kraftstoffmasse befindet, und nicht eine zu große Kraftstoffmasse. und eine nachteilige Beeinflussung des regulären Betriebs des Verbrennungsmotors durch die Kraftstoff-Testeinspritzung kann vorteilhaft vermieden werden
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Gemäß einer Ausführungsform wird, falls der Vergleichswert um mehr als ein vorbestimmtes zweites Toleranzmaß von dem vorbestimmten Vorgabewert abweicht, der Kraftstoff- Injektor als defekt diagnostiziert und es wird eine entsprechende Eintragung in einen Fehlerspeicher einer zentralen Steuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors vorgenommen. Dies erleichtert die Erkennung der Fehlfunktion des Kraftstoff-Injektors im Rahmen einer Inspektion oder Reparatur.
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In diesem Fall weicht der Vergleichswert so stark von dem Vorgabewert ab, dass die Abweichung nicht allein durch eine unbeabsichtigt eingespritzte Kraftstoffmasse bei der Testansteuerung erklärt werden kann. Es muss daher davon ausgegangen werden, dass eine massive Fehlfunktion des Kraftstoff-Injektors vorliegt, die sich in gefährlicher Weise auf das Betriebs- und Abgasverhalten des Verbrennungsmotors auswirkt. In diesem Fall kann aufgrund der Erkennung der Fehlfunktion des Kraftstoff-Injektors eine Warnmeldung an einen Betreiber des Verbrennungsmotors ausgegeben werden und der Betrieb des Verbrennungsmotors kann auf eine Notbetriebsart, die beispielsweise gekennzeichnet ist durch eine Begrenzung des maximalen Drehmoments und der maximalen Drehzahl, umgestellt werden. Dies dient in vorteilhafter Weise der Betreibersicherheit und dem Umweltschutz.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors diese veranlassen, das beschriebene Verfahren durchzuführen. Bei der Steuerungseinrichtung kann es sich insbesondere um ein zentrales Motor-Steuerungsgerät (auch ECU genannt) eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, umfassend ein Computerprogrammprodukt mit Befehlen, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuerungseinrichtung eines Verbrennungsmotors diese Steuerungseinheit veranlassen, das vorausgehend beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor angegeben, die einen Prozessor und ein computerlesbares Medium, umfassend ein Computerprogrammprodukt mit Befehlen aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Ausführung des Programms durch den Prozessor, das vorausgehend beschriebene Verfahren durchzuführen bzw. zu steuern.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Kraftstoff-Einspritzsystem zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein erstes Diagramm zur Darstellung eine regulären Kraftstoff-Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 zeigt ein zweites Diagramm zur Darstellung einer ersten Kraftstoff-Testeinspritzung;
- 5 zeigt ein drittes Diagramm zur Darstellung einer weiteren Kraftstoff-Testeinspritzung.
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1 zeigt schematisch vereinfacht ein Kraftstoff-Einspritzsystem 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder 3 eines Verbrennungsmotors 2, wie es für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann. Das Kraftstoff-Einspritzsystem 1 weist einen Kraftstoffdruckspeicher 5 auf, der mittels einer Kraftstoffpumpe 6 mit unter Druck stehendem Kraftstoff gespeist wird. Aus dem Kraftstoffdruckspeicher 5 werden Kraftstoff-Injektoren 4 gespeist, zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylindern 3 des Verbrennungsmotors 2. Beispielhaft ist hier ein Verbrennungsmotor 2 dargestellt mit vier Zylindern 3 und diesen zugeordneten Kraftsoff-Injektoren 4. Die Kraftstoffpumpe 6 hält den Druck im Kraftstoffdruckspeicher 5 zwischen der Kraftstoffpumpe 6 und den, den jeweiligen Zylindern 3 zugeordneten Kraftstoff-Injektoren 4 aufrecht. Ein Drucksensor 7 ist zur Erfassung des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffdruckspeicher 5 an einem Ende des Kraftstoffdruckspeichers 5 angeordnet, wobei der Drucksensor 7 auch an verschiedenen anderen Positionen am Kraftstoffdruckspeicher 5 angeordnet sein kann. Der Drucksensor 7 ist zur Übermittlung von für den Kraftstoffdruck im Kraftstoffdruckspeicher 5 repräsentativen Signalen an die Steuerungseinrichtung 10 mit dieser über eine Signalleitung 8 verbunden.
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Die Kraftstoff-Injektoren 4, die beispielsweise als elektromagnetisch betätigbare, sogenannte Solenoid-Injektoren, oder auch als durch Piezoaktoren betätigbare, sogenannte Piezo-Injektoren, ausgebildet sein können, sind direkt an den Zylindern 3 angeordnet und stehen mit der Steuerungseinrichtung 10 über Signalleitungen 9 in Verbindung, über die sie von der Steuerungseinrichtung 10 zum Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder 3 elektrisch angesteuert werden können.
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Die in 1 beispielhaft und schematisch vereinfacht dargestellte Steuerungseinrichtung 10 weist einen Prozessor 11, ein computerlesbares Speichermedium 12 mit einem darin gespeicherten Computerprogrammprodukt 13 und einem Fehlerspeicher 14, ein Signalausgabemodul 15 und ein Signalempfangsmodul 16 auf. Durch Ausführung der im Computerprogrammprodukt 13 hinterlegten Befehle mittels des Prozessors 11 wird unter Einbeziehung von über das Signalempfangsmodul 16 empfangenen Messgrößen und unter Ausgabe von Steuersignalen, das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt. So werden beispielsweise Steuersignale zum Öffnen und Schließen der Kraftstoff-Injektoren 4 ausgegeben und Signale empfangen, die für den Druck im Kraftstoffdruckspeicher 5 repräsentativ sind.
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Bei der Steuerungseinrichtung 10, handelt es sich beispielsweise um ein zentrales Motorsteuergerät (ECU) des Verbrennungsmotors 2.
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Das in 2 vereinfacht dargestellte Ablaufdiagramm zeigt den Ablauf einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einzelnen Verfahrensschritten 100 - 800.
Nach Start des Verfahrensablaufs wird in einem ersten Verfahrensschritt 100 eine erste reguläre Kraftstoff-Einspritzung mittels eines Kraftstoff-Injektors 4 durchgeführt und ein erster Durchflusswertes DW1 von Kraftstoff durch diesen Kraftstoff-Injektor 4 wird ermittelt, auf Basis eines durch die reguläre Kraftstoff-Einspritzung verursachten ersten Druckabfalls dP1 im Kraftstoffdruckspeicher 5 in Relation zu einer ersten Einspritzdauer dTE1 der durchgeführten ersten regulären Einspritzung (DW1 = dP1 / dTE1).
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In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird eine Kraftstoff-Testeinspritzung durchgeführt, die aus zumindest einer Testansteuerung dieses Kraftstoff-Injektors 4 und einer unmittelbar darauffolgenden zweiten regulären Kraftstoff-Einspritzung mittels dieses Kraftstoff-Injektors 4 besteht und ein zweiter Durchflusswertes DW2 von Kraftstoff durch diesen Kraftstoff-Injektor 4 wird ermittelt. Dies erfolgt auf Basis des durch die Testansteuerung und die zweite reguläre Einspritzung in Summe verursachten zweiten Druckabfalls dP2` im Kraftstoffdruckspeicher 5 in Relation zu einer zweiten Einspritzdauer dTE2 der durchgeführten zweiten regulären Einspritzung, also ohne die Dauer der Testansteuerung (DW2 = dP2` / dTE2).
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Der zweite Verfahrensschritt 200 ist hier auf den ersten Verfahrensschritt 100 folgend dargestellt, tatsächlich ist die Reihenfolge der Ausführung der beiden Verfahrensschritte 100 und 200 unerheblich und kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Die beiden Verfahrensschritte beziehen sich auf denselben Kraftstoff-Injektor 4, müssen jedoch auch nicht in unmittelbar aufeinanderfolgenden Einspritzzyklen erfolgen.
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In dem folgenden dritten Verfahrensschritt 300 wird ein Vergleichswertes CW auf Basis zumindest des ermittelten ersten Durchflusswertes DW1 und zumindest des ermittelten zweiten Durchflusswertes DW2 dieses Kraftstoff-Injektors 4 ermittelt (CW = f (DW1, DW2)). Dies kann auf einfache Weise beispielsweise durch errechnen der Differenz (CW = DW2 - DW1) oder auch durch Bilden eines Verhältniswertes (CW = DW2 / DW1) erfolgen.
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In dem darauffolgenden Verfahrensschritt 400 wird dann der zuvor ermittelte Vergleichswert CW mit einem vorausgehend festgelegten Vorgabewert VGW verglichen und festgestellt, ob der Vergleichswert CW um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß TM1 von dem Vorgabewert VGW abweicht. Wird in diesem Vergleich festgestellt, dass der Vergleichswert CW um mehr als das erstes Toleranzmaß TM1 vom Vorgabewert VGW abweicht (CW - VGW > TM1), so wird im Verfahrensschritt 500 ein irreguläres Betriebsverhalten, BV_irreg, dieses Kraftstoff-Injektors 4 festgestellt.
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Wird also der Vergleichswert CW beispielsweise durch Differenzbildung aus dem ersten und dem zweiten Durchflusswert DW1, DW2 gebildet, so wäre der Vorgabewert VGW mit 0 vorzugeben und das erste Toleranzmaß kann beispielsweise auf 0,5 festgelegt werden. Wenn also dann der zweite Durchflusswert DW2 um mehr als 0,5 von dem ersten Durchflusswert abweicht, wird ein irreguläres Betriebsverhalten, BV_irreg, dieses Kraftstoff-Injektors 4 festgestellt. Ist dies nicht der Fall und beide Werte stimmen im Rahmen der Messgenauigkeit, die beispielsweise über das erste Toleranzmaß TM1 abgebildet werden kann, überein, so kann darauf geschlossen werden, dass während der Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors 4 der Kraftstoff-Testeinspritzung keine Einspritzung von Kraftstoff in den zugeordneten Zylinder stattgefunden hat und kein irreguläres Betriebsverhalten des Kraftstoff-Injektors vorliegt.
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In weiterführender Ausführung des Verfahrens kann, nachdem festgestellt ist, dass ein irreguläres Betriebsverhalten BV_irreg vorliegt, der Vergleichswert CW also um mehr als ein vorbestimmtes erstes Toleranzmaß TM1 vom Vorgabewert VGW abweicht, nun zusätzlich ermittelt werden, ob der Vergleichswert CW weniger als ein vorbestimmtes zweites Toleranzmaß TM2 von dem vorbestimmten ersten Vorgabewert (VGW) abweicht. Dies kann optional in einem Verfahrensschritt 600 erfolgen, was in 2 durch gestrichelte Darstellung des Verfahrensschrittes gekennzeichnet ist.
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Wenn festgestellt wird, dass der ermittelte Vergleichswert CW zwar größer ist als das erste Toleranzmaß TM1 jedoch kleiner ist als das zweite Toleranzmaß TM2, wobei das zweite Toleranzmaß TM2 größer ist als das erste Toleranzmaß TM1, werden optional im Verfahrensschritt 700 (gestichelte Darstellung in 2) steuerungstechnische, das irreguläre Betriebsverhalten BV_irreg des Kraftstoff-Injektors 4 ausgleichende Maßnahmen errechnet und mittels der zentralen Steuerungseinrichtung 10 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 2 eingeleitet. Daraus resultiert dann ein korrigiertes Betriebsverhalten BV_korr des Krafstoff-Injektors.
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Wird jedoch festgestellt, dass eine sehr große Abweichung vorliegt, also die Abweichung des Vergleichswerts CW vom Vorgabewert VGW auch das zweite Toleranzmaß TM2 übersteigt, was nicht mehr nur alleine durch eine ungeplante Einspritzung während der Testansteuerung erklärbar ist, so wird der Kraftstoff-Injektor 4 als defekt diagnostiziert bzw. ein Injektor-Defekt Inj_def festgestellt und eine entsprechende Eintragung in den Fehlerspeicher 14 der zentralen Steuerungseinrichtung 10 des Verbrennungsmotors 2 vorgenommen.
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Das Verfahren wird zweckmäßigerweise für alle Zylinder und zugordnete Injektoren des Verbrennungsmotors durchgeführt und in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt.
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Die 3 bis 5 zeigen schematisch vereinfachte Diagramme, in denen die Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors im oberen Teil des jeweiligen Diagramms und der Kraftstoffdruck P im Kraftstoffdruckspeicher 5 im unteren Teil des jeweiligen Diagramms, jeweils über der Zeitachse t aufgetragen sind. Diese Diagramme sollen den Zusammenhang zwischen der Ansteuerung zum Öffnen des Kraftstoff-Injektors 4 und die daraus resultierenden Druckverhältnisse im Kraftstoffdruckspeicher 5 sichtbar machen. Die 3 bis 5 zeigen die Verhältnisse, insbesondere die im Kraftstoffdruckspeicher 5 herrschenden Druckverhältnisse, lediglich schematisch vereinfacht. Die Druckabnahme im jeweiligen Zeitintervall ist in der Realität nicht notwendigerweise linear, wie dargestellt. Zudem wird das Druckniveau im Kraftstoffdruckspeicher 5 nach dem Zeitpunkt T2 im Betrieb wieder angehoben, durch Nachpumpen von Kraftstoff in den Kraftstoffdruckspeicher 5 mit der Kraftstoffpumpe 6.
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3 zeigt ein erstes Diagramm, in dem der Kraftstoffdruck P im Kraftstoffdruckspeicher 5 über der Zeit t aufgetragen ist, um die Vorgänge während eines regulären Einspritzvorgangs, d.h. ohne Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors 4, zu erläutern. Dabei ist im oberen Teil von 3 auf dem Zeitstrahl das Intervall [T1, T2] dargestellt, währenddessen der Kraftstoff-Injektor 4 zum Öffnen angesteuert und in diesem Falle auch geöffnet ist. Der angesteuerte, offene Zustand des Kraftstoff-Injektors 4 ist durch den Balken gekennzeichnet, der sich von T1 bis T2 erstreckt. Zu einem späteren Zeitpunkt TZ erfolgt die Zündung in dem betreffenden Zylinder.
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Im unteren Teil von 3 ist der Kraftstoffdruck P über der Zeit t aufgetragen. Dabei ist erkennbar, dass der Kraftstoffdruck P von einem hohen Druckniveau P1, welches das vor einem Einspritzereignis eingeregelte Anfangs-Druckniveau im Kraftstoffdruckspeicher 5 darstellt, über die erste Einspritzdauer dTE1 auf ein niedrigeres Druckniveau P2 absinkt. Die Ursache dieser Druckabnahme ist das Einspritzen von Kraftstoff durch den Kraftstoff-Injektor 4 in den jeweiligen Zylinder und die damit verbundene Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstoffdruckspeicher 5. Die Differenz zwischen den beiden Druckniveaus P1 und P2 ist in dem gezeigten Beispiel mit dP1 gekennzeichnet. Sie ist charakteristisch für eine reguläre Einspritzung, d.h. eine Einspritzung ohne vorausgehende Testansteuerung, deren Einspritzmasse so bemessen ist, wie sie für eine optimale Verbrennung erforderlich ist.
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4 zeigt den gleichen Diagrammaufbau wie 3, wobei das Diagramm den Fall einer Kraftstoff-Testeinspritzung illustriert, wobei vor der regulären Kraftstoff-Einspritzung eine Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors erfolgt.
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Dies ist im oberen Teil des Diagrammes, der die Ansteuerung des Kraftstoff-Injektors darstellt zu erkennen. Zu einem Zeitpunkt t1 beginnt hier die Testansteuerung des Injektors, die zu einem Zeitpunkt t2, nach sehr kurzer Dauer bereits wieder beendet wird, wobei beide Zeitpunkte t1, t2 vor T1 liegen, d.h. vor dem Start-Zeitpunkt der regulären Einspritzung. Mit anderen Worten: Kurz vor der regulären Einspritzung wird in dem in 4 gezeigten Fall eine kurze Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors 4 vorgenommen.
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Erfindungsgemäß wird hier der Druckabfall im Kraftstoffdruckspeicher 5 betrachtet, der sich in Summe aus der Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors und der regulären Einspritzung ergibt, also über den Zeitraum von t1 bis T2. Wie jedoch im unteren Teil von 4 erkennbar ist, hat die Testansteuerung keinen Einfluss auf das Druckniveau im Kraftstoffdruckspeicher 5. Erst zum Zeitpunkt T1 beginnt das Druckniveau von dem Druckniveau P1 stetig abzufallen bis auf das Druckniveau P2, das zum Zeitpunkt T2 erreicht ist. Die Druckdifferenz zwischen Druckniveau P1 und Druckniveau P2, die zur Kennzeichnung der Kraftstoff-Testeinspritzung mit dP2' gekennzeichnet ist, entspricht einer Druckdifferenz dP2, die sich auch ohne Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors einstellt.
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Um nun die reguläre Einspritzung, die in 3 dargestellt ist mit der Kraftstoff-Testeinspritzung der 4 vergleichen zu können müssen entweder die erste Einspritzdauer dTE1 und die zweite Einspritzdauer dTE2 gleich gewählt werden oder der jeweilige erste Druckabfall dP1 und zweite Druckabfall dP2` werden zu der jeweiligen ersten Einspritzdauer dTE1 und zweiten Einspritzdauer dTE2 ins Verhältnis gesetzt, also ein jeweiliger Durchflusswert DW1 bzw. DW2 ermittelt, die dann unabhängig von der jeweiligen Einspritzdauer vergleichbar sind. Wesentlich ist dabei, dass auch für den Druckabfall dP2` lediglich die zweite Einspritzdauer dTE2 der regulären Kraftstoff-Einspritzung zur Bildung des zweiten Durchflusswertes DW2 herangezogen wird.
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Wird nun der aus 3 ermittelbare Durchflusswert DW1 = dP1/dTE1 mit dem aus 4 ermittelbaren Durchflusswert DW2 = dP2'/dTE2 verglichen, so zeigt sich, dass der erste Durchflusswert DW1 und der zweite Durchflusswert DW2 übereinstimmen, zumindest in den Grenzen der Messungenauigkeit. Daraus kann geschlossen werden, dass während der Testansteuerung der Kraftstoff-Testeinspritzung des Kraftstoff-Injektors 4 kein Kraftstoff eingespritzt wurde, die kurze Ansteuerdauer des Kraftstoff-Injektors also nicht ausgereicht hat das Ventil zu öffnen.
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5 zeigt ein drittes Diagramm mit dem gleichen Diagrammaufbau wie 3 und 4, wobei das Diagramm den Fall einer Kraftstoff-Testeinspritzung illustriert, wobei vor der regulären Kraftstoff-Einspritzung eine Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors erfolgt, die eine Ventilöffnung und somit eine Kraftstoff-Einspritzung zur Folge hat. Auch hier erfolgt, wie zu 4 beschrieben, eine kurze Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors 4 kurz vor der regulären Einspritzung.
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In diesem Fall jedoch sinkt das Druckniveau im Kraftstoffdruckspeicher 5 von dem vor Beginn der Kraftstoff-Testeinspritzung vorhandenen Druckniveau P1 bereits ab dem Zeitpunkt t1, also mit Beginn der Testansteuerung, ab und erreicht zu dem Zeitpunkt t2, zu dem die Testansteuerung beendet wird, ein Druckniveau P1'. Von diesem Druckniveau P1' fällt der Druck im Kraftstoffdruckspeicher 5 ab dem Zeitpunkt T1, also ab Beginn der regulären Einspritzung, über die zweite Einspritzdauer dTE2 des regulären Einspritzungsvorgangs kontinuierlich weiter ab bis auf das Niveau P2', das zum Zeitpunkt T2, also zum Ende der regulären Eispritzung, erreicht wird. Die zur Ermittlung des zweiten Durchflusswertes DW2 heranzuziehende Druckdifferenz dP2` ist die Summe der sich aus der Testansteuerung und der regulären Einspritzung ergebenden Druckabfälle, also der Druckabfall der sich zwischen den Zeitpunkten t1 und T2 also aus P1 bis P2' ergibt. Zur Bildung des zweiten Durchflusswertes DW2 wird jedoch nur die zweite Einspritzdauer dTE2 herangezogen, DW2 = dP27dTE2.
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Wenn nun der aus 5 für die Kraftstoff-Testeinspritzung ermittelte Durchflusswert DW2 verglichen wird mit dem Durchflusswert DW1 für die in 3 dargestellte reguläre Einspritzung, so zeigt der als Ergebnis ermittelte Vergleichswert CW aufgrund des größeren Druckabfalls eine Abweichung vom Vorgabewert VGW, die wenn sie das erste Toleranzmaß TM1 überschreitet, zur Feststellung eines irregulären Betriebsverhaltens BV_irreg des Kraftstoff-Injektors 4 führt.
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Diese Abweichung des Vergleichswertes CW vom Vorgabewert VGW ist gleichzeitig ein Indiz dafür, dass während der Testansteuerung des Kraftstoff-Injektors bereits Kraftstoff ungeplant in den Zylinder 3 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoff-Einspritzsystem
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Zylinder
- 4
- Kraftstoff-Injektor
- 5
- Kraftstoffdruckspeicher
- 6
- Hochdruckpumpe
- 7
- Drucksensor
- 8
- Signalleitung
- 9
- Signalleitung
- 10
- Steuerungseinrichtung (ECU)
- 11
- Prozessor
- 12
- Speichermedium
- 13
- Computerprogrammprodukt
- 14
- Fehlerspeicher
- 15
- Signalausgabemodul
- 16
- Signalempfangsmodul
- P1, P2
- Druckniveau
- dP1
- erster Druckabfall
- dP2
- zweiter Druckabfall
- dP2`
- zweiter Druckabfall mit Testansteuerung des Injektors
- dTE1
- erste Einspritzdauer
- dTE2
- zweite Einspritzdauer
- DW1
- erster Durchflusswert
- DW2
- zweiter Durchflusswert
- CW
- Vergleichswert
- VGW
- Vorgabewert
- TM1
- erstes Toleranzmaß
- TM2
- zweites Toleranzmaß
- BV_korr
- korrigiertes Betriebsverhalten
- Inj_def
- Injektor-Defekt
- 100 - 800
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009047611 A1 [0005]
- DE 3806129 A1 [0005]
- WO 2008092779 A1 [0005]
- DE 102008033754 A1 [0005]
