WO2010133424A1 - Fehlerlokalisation in einem kraftstoff-einspritzsystem - Google Patents

Fehlerlokalisation in einem kraftstoff-einspritzsystem Download PDF

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WO2010133424A1
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Andreas Bethmann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a fault localization method for a fuel
  • system fault codes are stored in a fault memory.
  • system error codes do not accurately refer to a defective component; rather, several components may be responsible for the occurrence of the respective error code. Therefore, despite the stored system error codes, it is costly to identify the causative component to replace or repair it.
  • the method includes measuring at least one
  • Pressure in the injection system and the features include the deviation of a measured pressure from a predetermined setpoint. By determining the deviation of measured pressures from predetermined setpoint values, an error in the injection system can be identified particularly effectively.
  • the method includes a low pressure test including the steps of: turning on the low pressure pump with the high pressure pump off; Measuring the pressure generated by the low pressure pump over time; Switching off the low-pressure pump; Measuring the pressure dropping over the time after switching off the low-pressure pump.
  • the engine is operated solely with the low pressure generated by the low pressure pump.
  • the test can only be performed on a gasoline engine, but not on a diesel engine, since with a diesel engine the injectors would not open at low pressure and the engine would therefore not run.
  • the stationary pressure in full load operation of the low pressure electric fuel pump is the stationary pressure in full load operation of the low pressure electric fuel pump.
  • the measured pressure should be within the specified tolerance of a pressure regulator or
  • ⁇ -pressures pressure differences
  • the gradients ie, the slope
  • ⁇ -pressures the gradients
  • the measurement and evaluation of ⁇ - Pressures and gradients make it possible to detect throttling problems in the low pressure circuit or fuel pump delivery problems as well as low pressure leaks in the fuel circuit. It has proved to be particularly advantageous to calculate the gradients by the determination of ⁇ -pressures and the measurement of the time to reach the ⁇ -pressures.
  • An embodiment of a method according to the invention includes a high pressure test comprising the steps of: turning on the low pressure pump; Operating the high pressure pump at full power; Measuring the pressure generated by the high pressure pump over time.
  • the high-pressure pump is switched off when a pressure drop occurs by opening a pressure limiting valve provided in the injection system or when a predetermined maximum pressure is reached.
  • the pump should build up a pressure to the level of the opening pressure of the pressure limiting valve, so that the pressure is mechanically limited to the opening pressure of the pressure relief valve.
  • the pressure can be measured with a high-pressure sensor.
  • the pressure relief valve should only be activated very briefly, d. This means that full-load operation of the high-pressure fuel pump should be stopped immediately when opening the high-pressure valve. This method is not feasible in diesel engines in this form, since in the passenger compartment for diesel engines usually no pressure relief valve is provided.
  • Possible measured values that are used for the evaluation are the absolute pressure at which the pressure relief valve opens, as well as the rise time or the pressure gradient during pressure build-up.
  • An embodiment of the method according to the invention also includes an evaluation which has the following steps: determinations of deviations of the measured pressures from predetermined desired values; Identifying an error of the injection system by comparing the determined deviations with predetermined deviation patterns, each deviation pattern associated with an error of the injection system. By comparing measured pressures of predetermined target values and comparing the deviations with predetermined deviation patterns, errors can be determined particularly effectively.
  • the low-pressure pump is driven periodically during the low-pressure test.
  • the pressure build-up times are so low, in particular with small injection quantities, that the pressure build-up times are close to the sampling rate of the signal of the pressure sensor.
  • a gradient determination can be realized by a pulsed control of the low-pressure pump.
  • the low-pressure pump is fully activated only for a very short time and then deactivated again for a certain time. The periodic control of the low-pressure pump causes a delayed pressure build-up.
  • the method additionally includes a shutdown test comprising the steps of: operating the engine at a high pressure in the injection system; Stopping the engine; Measuring the pressure curve after the
  • Measurement criteria here are the absolute shutdown pressure achieved, as well as the pressure gradient and the pressure difference to the initial value after a certain shutdown time.
  • the method additionally includes a high pressure setpoint jump test comprising the steps of: operating the low power high pressure pump; abruptly increasing the high pressure by briefly operating the high pressure pump at full power; Measuring the final pressure reached and the pressure curve; Measuring the exhaust lambda before and after the pressure increase.
  • the exhaust lambda is evaluated before and after the pressure increase. Due to the pressure-dependent calculation of the injection pressure and the strong non-linearity in the pressure-dependent correction of the injection quantity, an offset error of the sensor at low pressures has a very strong effect on the calculated injection quantity and thus also on the exhaust lambda that is being established. At high pressures close to the nominal pressure, an equally large offset has only a very small effect on the calculation of the injection quantity and thus only very little on the injection time calculation. This makes it possible to conclude from a lambda deviation at a desired pressure jump on a pressure sensor error.
  • the determination of the exhaust gas lambda can take place either directly by measuring with an external lambda probe without control or alternatively also by evaluating the control intervention of the existing lambda control.
  • the pressure is increased from a value of, for example, less than 25 bar to a value of, for example, more than 100 bar.
  • the pressure is increased from a value of 20 bar to a value of 150 bar.
  • the method additionally includes a pilot control test comprising the steps of: setting various drive values of the high pressure pump; By measuring the absolute final pressures at steady-state, i. E., Absolute pressure at each trigger value in the injection system. stationary system for each control value and / or an evaluation of the pressure differences ( ⁇ -pressure evaluation), the effectiveness and reliability of the method can be further improved.
  • a pilot control test comprising the steps of: setting various drive values of the high pressure pump; By measuring the absolute final pressures at steady-state, i. E., Absolute pressure at each trigger value in the injection system. stationary system for each control value and / or an evaluation of the pressure differences ( ⁇ -pressure evaluation), the effectiveness and reliability of the method can be further improved.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a fuel injection system to which the inventive method is applicable.
  • FIG. 2 shows by way of example in a matrix representation the allocation of different deviation patterns to errors of the injection system.
  • the fuel system shown in Figure 1 has a fuel tank 2 and a low-pressure pump 4 for conveying fuel from the fuel tank 2 in a fuel line 5.
  • a low-pressure limiting valve 6 is connected to the pressure in the fuel line 5 to a NEN Limit value.
  • Fuel filter 8 is provided to prevent the ingress of foreign bodies and contaminants in the high pressure region of the injection system.
  • low pressure sensor may be provided to measure the pressure generated by the low-pressure pump 4.
  • the high-pressure pump 12 From the fuel line 5, the fuel of a high-pressure pump 12 is supplied.
  • the high-pressure pump 12 has a quantity control valve 10, a pressure limiting valve 14, a check valve 16 and a piston chamber 13 with a high-pressure piston 1 1 arranged movably in it.
  • the desired high fuel injection pressure is generated in the piston chamber 13 by the high-pressure piston 1 1.
  • Piston space 13 prevents, and a high-pressure rail 18 a number of injectors 22 supplied.
  • a high pressure sensor 20 is provided to measure the high, generated by the high pressure pump 12 fuel injection pressure.
  • a pressure limiting valve 14 is connected in order to limit the fuel injection pressure to a predetermined, adjustable at the pressure limiting valve 14, maximum value.
  • FIG. 2 shows by way of example a matrix for the assignment of different deviation patterns to different, for example listed, errors of the fuel injection system.
  • the exemplary features M1 to M8 relate to measured values from the high pressure test
  • the features M9 to M14 relate to features from the low pressure test.
  • additional features (M15 to M17) from additional, optional tests can be taken into account. It will be apparent to those skilled in the art that the inventive method is not limited to the 17 features and 9 errors shown in the table. Rather, depending on the needs and future development of test methods that provide additional features or identify additional errors, errors and / or features may be added or omitted.
  • Each error, ie, each row in the table is associated with a combination of deviations of the measured values from the predetermined target values. This assignment is not necessarily unambiguous, ie that two errors can be assigned an identical feature combination, ie an equal deviation pattern. In such a case additional tests are required to distinguish between the possible errors with the same deviation pattern.
  • High pressure leak (line 6) can be distinguished. If such a distinction is desired or required, an additional test is required which generates a further feature, such as the exemplary feature M16 shown in FIG. 2, which differs for the two possible errors.
  • the evaluation can, for example, be carried out via an evaluation matrix in which all features and errors are linked to one another.
  • the test may be different than a diesel test at any one Speed can be performed. This makes it possible that the test is usefully carried out only at a single speed.
  • the idling is particularly well suited for the diagnosis, since there the high-pressure pump delivers the lowest flow rates (The flow rate is directly proportional to the engine speed.) And thus give maximum response times for the pressure jumps. Since the acquisition of the measurement signals in the control unit takes place in a fixed time grid, long reaction times can be better evaluated. It is possible to perform the test completely at a fixed speed (preferably idling).
  • the test presented here is extended to the entire fuel system for gasoline engines. This means that both the high and low pressure systems are checked and diagnosed.
  • the engine should be warm.
  • the temperature in the engine compartment should not be too high. Here it is particularly useful to open the hood and also fully control the engine fan to achieve a lower and constant temperature in the fuel system. If the temperature of the fuel rail in the engine compartment is significantly higher than the fuel temperature in the tank, the results are negatively affected.
  • the injection quantity should not be too low. If the injection quantity is too low, it is possible that, due to the small quantity tolerance of the high-pressure injection valves used in gasoline systems, a significant lambda deviation occurs without error even in the nominal case. Thus, the evaluation of the lambda deviation in the high-pressure jumps is not robust enough for a diagnostic evaluation.
  • the engine load and thus the fuel quantity requirement must be increased. This is achieved by a load connection.
  • the activation of the motor fan is particularly suitable. Further load connection options are, for example, the connection of a torque reserve and the activation of the ventilation including air conditioning compressor. The higher the engine load, the lower the injector tolerances.
  • the low-pressure system should be driven to a constant pre-control value in order to minimize the influences from the low-pressure system.
  • the pressure build-up time depends directly on the speed.
  • the pressure signal with a certain sampling rate is available

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Abstract

Ein Fehlerlokalisationsverfahren in einem Einspritzsystem schließt das Durchführen einer Anzahl von Tests, wobei jeder Test ein oder mehrere Merkmale erzeugt, und das Identifizieren eines Fehlers des Einspritzsystems durch Vergleichen der Merkmale mit vorgegebenen Merkmalskombinationen ein. Dabei ist jede Merkmalskombination einem Fehler des Einspritzsystems zugeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Fehlerlokalisation in einem Kraftstoff-Einspritzsvstem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Fehlerlokalisationsverfahren für ein Kraftstoff-
Einspritzsystem.
Bisher sind Verfahren bekannt, um während des Fahrbetriebs Fehler in einem Benzin-Einspritzsystem zu diagnostizieren. Dabei werden sogenannte System- fehlercodes in einem Fehlerspeicher hinterlegt. Diese Systemfehlercodes verweisen jedoch nicht genau auf eine defekte Komponente, vielmehr können mehrere Komponenten für das Auftreten des jeweiligen Fehlercodes ursächlich sein. Daher ist es trotz der abgespeicherten Systemfehlercodes aufwändig, die ursächliche Komponente zu identifizieren, um diese zu ersetzen oder zu reparie- ren.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Fehler- lokalisation in einem Einspritzsystem eines Benzinmotors bereitzustellen, das eine genauere und schnellere Fehlerlokalisation ermöglicht.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren zur Fehlerlokalisation nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschrei- ben vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 .
Ein erfindungsgemäßes Fehlerlokalisationsverfahren zur Lokalisation von Fehlern in einem Einspritzsystem schließt das Durchführen einer Mehrzahl von Tests, wobei jeder Test ein oder mehrere Merkmale erzeugt, und das Identifizieren eines Fehlers des Einspritzsystems durch Vergleichen der ermittelten Merk- male mit vorgegebenen Merkmalskombinationen ein. Dabei ist jeder Merkmalskombination ein Fehler des Einspritzsystems zugeordnet.
Dadurch, dass eine Anzahl von Merkmalskombinationen vorgegeben ist, wobei jede Merkmalskombination jeweils einem Fehler des Einspritzsystems zugeordnet ist, und mehrere Merkmale erzeugt und mit den Merkmalskombinationen verglichen werden, ist eine genaue Lokalisation des Fehlers möglich und die Fehleranalyse wird erheblich vereinfacht und beschleunigt.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren das Messen wenigstens eines
Drucks im Einspritzsystem ein und die Merkmale schließen die Abweichung eines gemessenen Drucks von einem vorgegebenen Sollwert ein. Durch das Bestimmen der Abweichung gemessener Drücke von vorgegebenen Sollwerten kann ein Fehler im Einspritzsystem besonders effektiv identifiziert werden.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren einen Niederdrucktest mit den folgende Schritte ein: Einschalten der Niederdruckpumpe bei abgeschalteter Hochdruckpumpe; Messen des von der Niederdruckpumpe erzeugten Drucks über der Zeit; Abschalten der Niederdruckpumpe; Messen des nach dem Ab- schalten der Niederdruckpumpe abfallenden Drucks über der Zeit.
Bei einem solchen Niederdrucktest wird der Motor allein mit dem von der Niederdruckpumpe erzeugten Niederdruck betrieben. Der Test kann nur bei einem Benzinmotor, nicht aber bei einem Dieselmotor durchgeführt werden, da bei ei- nem Dieselmotor die Einspritzventile bei Niederdruck nicht öffnen und der Motor daher nicht laufen würde.
Zu den im Niederdrucktest gemessenen Werten gehört der stationäre Druck im Volllastbetrieb der elektrischen Niederdruckkraftstoffpumpe. Hierbei sollte der gemessene Druck innerhalb der vorgegebenen Toleranz eines Druckreglers oder
Druckbegrenzungsventils liegen.
Neben dem absoluten Druck können während des Niederdrucktests auch Druckdifferenzen (Δ-Drücke) und die Gradienten, d. h., die Steigung, beim Druckauf- bau und beim Druckabbau gemessen und ausgewertet werden, um den Einfluss von Systemtoleranzen zu minimieren. Die Messung und Auswertung von Δ- Drücken und Gradienten ermöglicht es, Drosselprobleme im Niederdruckkreis oder Förderprobleme der Kraftstoffpumpe sowie Niederdruckleckagen im Kraftstoffkreis zu erkennen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Gradienten durch die Ermittlung von Δ-Drücken und die Messung der Zeit bis zum Erreichen der Δ-Drücke zu berechnen.
Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet einen Hochdrucktest mit den Schritten: Einschalten der Niederdruckpumpe; Betreiben der Hochdruckpumpe mit voller Leistung; Messen des von der Hochdruckpumpe erzeugten Drucks über der Zeit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Hochdruckpumpe abgeschaltet, wenn durch das Öffnen eines im Einspritzsystem vorgesehenen Druckbegrenzungsventils ein Druckabfall auftritt oder wenn ein vorgegebener maximaler Druck erreicht wird.
Im Normalfall sollte die Pumpe einen Druck bis zur Höhe des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils aufbauen, so dass der Druck mechanisch auf den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils begrenzt ist. Der Druck kann mithil- fe eines Hochdrucksensors gemessen werden. Um eine Schädigung des Druckbegrenzungsventils zu vermeiden, sollte das Druckbegrenzungsventil nur sehr kurz angesteuert werden, d. h., dass der Volllastbetrieb der Hochdruckkraftstoff- pumpe beim Öffnen des Hochdruckventils sofort abgebrochen werden sollte. Dieses Verfahren ist bei Dieselmotoren in dieser Form nicht durchführbar, da im Pkw-Bereich bei Dieselmotoren in der Regel kein Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist.
Mögliche Messwerte, die zur Auswertung herangezogen werden, sind der Absolutdruck, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet, sowie die Anstiegsdauer bzw. der Druckgradient beim Druckaufbau.
Sobald der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils erreicht ist, treten Schwankungen des Drucks auf, da der Druck abfällt, sobald sich das Druckbegrenzungsventil öffnet. Daraufhin schließt sich das Druckbegrenzungsventil wie- der, es baut sich erneut ein erhöhter Druck auf, der das Druckbegrenzungsventil wieder öffnet, usw. Sollte das Druckbegrenzungsventil nicht öffnen, bevor ein vorgegebener maximaler Druck erreicht wird, wird der Test abgebrochen, um eine Beschädigung des Druckbegrenzungsventils oder anderer Komponenten des Kraftstoffeinspritz- Systems zu vermeiden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt auch eine Auswertung ein, die folgende Schritte aufweist: Bestimmungen von Abweichungen der gemessenen Drücke von vorgegebenen Soll-Werten; Identifizieren eines Fehlers des Einspritzsystems durch Vergleichen der ermittelten Abweichungen mit vorgegebenen Abweichungsmustern, wobei jedes Abweichungsmuster einem Fehler des Einspritzsystems zugeordnet ist. Durch den Vergleich gemessener Drücke von vorgegebenen Soll-Werten und den Vergleich der Abweichungen mit vorgegebenen Abweichungsmustern können Fehler besonders effektiv bestimmt werden.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren zusätzlich ein, den zeitlichen Gradienten von wenigstens einem der gemessenen Drücke und seine Abweichung von einem vorgegebenen Soll-Wert zu bestimmen. Die Analyse zeitlicher Gradienten der Drücke ermöglicht eine noch effektivere und zuverlässigere Feh- lerlokalisation.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Niederdruckpumpe während des Niederdrucktests periodisch angesteuert. Bei einer besonders leistungsstarken Niederdruckpumpe sind die Druckaufbauzeiten insbesondere bei kleinen Einspritzmengen so gering, dass die Druckaufbauzeiten nahe der Abtastrate des Signals des Drucksensors liegen. Bei einem stationären Betrieb der Niederdruckpumpe ist daher keine sinnvolle Ermittlung und Auswertung der Druckgradienten möglich. In diesen Fällen kann eine Gradientenermittlung durch eine gepulste Ansteuerung der Niederdruckpumpe realisiert werden. Dabei wird die Niederdruckpumpe jeweils nur für eine sehr kurze Zeit voll angesteuert und dann für eine gewisse Zeit wieder deaktiviert. Die periodische Ansteuerung der Niederdruckpumpe bewirkt einen verzögerten Druckaufbau.
Durch die periodische Ansteuerung kann eine Bewertung der Fördermenge der
Niederdruckpumpe erfolgen, da die Pumpe immer mit der maximalen Förderleis- tung betrieben wird. Zu beachten ist, dass bei der Auswertung von Absolutdrücken immer die vollen Toleranzen des gesamten Systems berücksichtigt werden müssen. Es ist daher vorteilhaft, eine Relativbetrachtung zu machen, bei der Druckdifferenzen (Δ-Drücke) betrachtet werden, da sich dabei bestimmte ToIe- ranzen im Einspritzsystem gegenseitig so weit aufheben, dass sie vernachlässigt werden können.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren zusätzlich einen Abstelltest ein, der die folgenden Schritte aufweist: Betreiben des Motors mit einem hohen Druck im Einspritzsystem; Abstellen des Motors; Messen des Druckverlaufs nach dem
Abstellen des Motors.
Messkriterien sind hierbei der erreichte absolute Abstelldruck, sowie der Druckgradient und die Druckdifferenz zum Ausgangswert nach einer bestimmten Ab- Stellzeit.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Verfahren zusätzlich einen Hochdrucksollwertsprungtest mit den folgenden Schritten ein: Betreiben der Hochdruckpumpe mit geringer Leistung; schlagartiges Erhöhen des Hochdrucks durch kurzzeitiges Betreiben der Hochdruckpumpe mit voller Leistung; Messen des erreichten Enddrucks und des Druckverlaufs; Messen des Abgaslambdas vor und nach der Druckerhöhung.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Abgaslambda vor und nach der Druck- erhöhung ausgewertet wird. Durch die druckabhängige Berechnung des Einspritzdrucks und die starke Nichtlinearität bei der druckabhängigen Korrektur der Einspritzmenge wirkt sich ein Offsetfehler des Sensors bei niedrigen Drücken sehr stark auf die berechnete Einspritzmenge und somit auch auf das sich einstellende Abgaslambda aus. Bei hohen Drücken nahe dem Nenndruck wirkt sich ein gleichgroßer Offset nur sehr gering auf die Berechnung der Einspritzmenge und somit auch nur sehr gering auf die Einspritzzeitberechnung aus. Dadurch wird es möglich, aus einer Lambda-Abweichung bei einem Solldrucksprung auf einen Drucksensorfehler zu schließen. Die Ermittlung des Abgaslambdas kann entweder direkt durch das Messen mit einer externen Lambdasonde ohne Rege- lung oder alternativ auch über die Bewertung des Reglereingriffs der vorhandenen Lambdaregelung erfolgen. In einer Ausführungsform wird der Druck beim Erhöhen des Hochdrucks von einem Wert von beispielsweise weniger als 25 bar auf einen Wert von z.B. mehr als 100 bar erhöht. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Druck von einem Wert von 20 bar auf einen Wert von 150 bar erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Verfahren zusätzlich einen Vorsteuertest mit den folgenden Schritten ein: Einstellen verschiedener Ansteuerwerte der Hochdruckpumpe; Messen des sich bei jedem Ansteuerwert im Ein- spritzsystem einstellenden Drucks. Durch die Messung der absoluten Enddrücke bei eingeschwungenem, d.h. stationärem System für jeden Ansteuerwert und/oder eine Auswertung der Druckdifferenzen (Δ-Druckauswertung) kann die Effektivität und Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems, auf das das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.
Figur 2 zeigt beispielhaft in einer Matrixdarstellung die Zuordnung verschiedener Abweichungsmuster zu Fehlern des Einspritzsystems.
Das in Figur 1 gezeigte Kraftstoffsystem hat einen Kraftstofftank 2 und eine Niederdruckpumpe 4 zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 2 in eine Kraftstoffleitung 5. Am Ausgang der Niederdruckpumpe 4 ist ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 angeschlossen, um den Druck in der Kraftstoffleitung 5 auf ei- nen vorgegebenen Wert zu begrenzen. Zusätzlich ist in der Kraftstoffleitung 5 ein
Kraftstofffilter 8 vorgesehen, um das Eindringen von Fremdkörpern und Verschmutzungen in den Hochdruckbereich des Einspritzsystems zu verhindern. In der Kraftstoffleitung kann auch ein, in der Figur 1 nicht gezeigter, Niederdrucksensor vorgesehen sein, im den von der Niederdruckpumpe 4 erzeugten Druck zu messen.
Aus der Kraftstoffleitung 5 wird der Kraftstoff einer Hochdruckpumpe 12 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 12 hat ein Mengensteuerventil 10, ein Druckbegrenzungsventil 14, ein Rückschlagventil 16 und einen Kolbenraum 13 mit einem dar- in beweglich angeordneten Hochdruckkolben 1 1. Je nach Stellung des Mengensteuerventils 10 wird im Kolbenraum 13 durch den Hochdruckkolben 1 1 der gewünschten hohe Kraftstoff-Einspritzdruck erzeugt.
Der von dem Hochdruckkolben 1 1 unter einen hohen Druck gesetzte Kraftstoff wird über ein Rückschlagventil 16, das ein Zurückströmen des Kraftstoffs in den
Kolbenraum 13 verhindert, und ein Hochdruck-Rail 18 einer Anzahl von Einspritzventilen 22 zugeführt. Am Hochdruck-Rail 18 ist ein Hochdrucksensor 20 vorgesehen, um den hohen, von der Hochdruckpumpe 12 erzeugten Kraftstoff- Einspritzdruck zu messen.
Zwischen der Kolbenraum 13 und dem Ausgang des Rückschlagventils 16 ist ein Druckbegrenzungsventil 14 angeschlossen, um den Kraftstoff-Einspritzdruck auf einen vorgegebenen, am Druckbegrenzungsventil 14 einstellbaren, Maximalwert zu begrenzen.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine Matrix zur Zuordnung verschiedener Abweichungsmuster zu verschiedenen, beispielhaft aufgeführten Fehlern des Kraftstoff-Einspritzsystems.
In der zweiten Spalte der Matrix sind beispielhaft mögliche Fehler des Einspritzsystems aufgetragen. In den folgenden Spalten sind die ermittelten Abweichungen verschiedener, beispielhafter Messwerte von vorgegebenen Soll-Werten aufgetragen. Ein "Plus" zeigt dabei an, dass der Messwert größer als der Soll- Wert ist, ein "Minus" zeigt an, dass der Soll-Wert unterschritten worden ist.
Die beispielhaften Merkmale M1 bis M8 betreffen Messwerte aus dem Hochdrucktest, die Merkmale M9 bis M14 betreffen Merkmale aus dem Niederdrucktest. Zusätzlich können weitere Merkmale (M15 bis M17) aus zusätzlichen, optionalen Tests berücksichtigt werden. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die in der Tabelle gezeigten 17 Merkmale und 9 Fehler begrenzt ist. Vielmehr können je nach Bedarf und der zukünftigen Entwicklung von Testverfahren, die weitere Merkmale hervorbringen oder zusätzliche Fehler identifizieren, Fehler und/oder Merkmale hinzugefügt oder weggelassen werden. Jedem Fehler, d. h., jeder Zeile in der Tabelle, ist eine Kombination von Abweichungen der gemessenen Werte von den vorgegebenen Soll-Werten zugeordnet. Diese Zuordnung ist nicht zwingend eindeutig, d. h., dass zwei Fehlern eine gleiche Merkmalskombination, d. h., ein gleiches Abweichungsmuster, zugeord- net sein kann. In einem solchen Fall sind zusätzliche Tests erforderlich, um zwischen den möglichen Fehlern mit gleichem Abweichungsmuster zu unterscheiden.
So kann bspw. aufgrund der durch den Hochdrucktest erzeugten Merkmale M1 bis M8 nicht zwischen einem großen Hochdruckleck (Zeile 5) und einem mittleren
Hochdruckleck (Zeile 6) unterschieden werden. Ist eine solche Unterscheidung gewünscht oder erforderlich, so ist ein zusätzlicher Test erforderlich, der ein weiteres Merkmal, wie beispielsweise das in der Figur 2 gezeigte, beispielhafte Merkmal M16 generiert, das sich für die beiden infrage kommenden Fehler un- terscheidet.
Durch gezielte, definierte Betriebspunkteinstellungen und Systemanregungen durch z.B. Sollwertvorgaben und der Auswertung der Systemreaktionen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine genaue Diagnose des kompletten Kraft- Stoffversorgungssystems bei Benzinmotoren ermöglicht werden.
Da bei den einzustellenden Betriebspunkten keinerlei Rücksicht auf Emissionsgrenzwerte, Gesetzgebung, Fahrverhaltenseinflüsse, Umgebungsbedingungen, Fahrerwünsche, usw. genommen werden muss, ergeben sich deutlich mehr Sys- temanregungsmöglichkeiten als im normalen Fahrbetrieb. Durch die neue, gesamtheitliche Betrachtung der Auswirkungen auf mehrere verschiedene Systemanregungen (Merkmale) kann man genauer auf den vorliegenden Einzelfehler schließen. Die Auswertung kann beispielsweise über eine Auswertematrix, in der alle Merkmale und Fehler miteinander verknüpft werden, erfolgen.
Da sich bei Benzinsystemen andere Randbedingungen als bei Dieselmotoren ergeben müssen dabei neue Verfahren verwendet werden:
Bei Benzinmotoren ist es aufgrund des deutlich geringeren Systemdrucks (z.Z. bis max. 200 bar) möglich in allen Betriebspunkten (incl. Leerlauf!) den Nenndruck aufzubauen. Der Test kann anders als ein Dieseltest bei jeder beliebigen Drehzahl durchgeführt werden. Dies ermöglicht es, dass der Test sinnvollerweise nur bei einer einzigen Drehzahl durchgeführt wird. Insbesondere der Leerlauf eignet sich besonders gut für die Diagnose, da dort die Hochdruckpumpe die geringsten Fördermengen liefert (Die Fördermenge ist direkt proportional zur Mo- tordrehzahl.) und sich somit maximale Reaktionszeiten für die Drucksprünge ergeben. Da die Erfassung der Messsignale im Steuergerät in einem festen Zeitraster erfolgt sind lange Reaktionszeiten besser auswertbar. Es ist eine komplette Durchführung des Tests bei einer festen Drehzahl (vorzugsweise Leerlauf) möglich.
Bei Benzinmotoren kommt vielfach ein Hochdruckpumpenkonzept mit einem Mengensteuerventil und einer Einkolbenpumpe zum Einsatz. Dies hat zur Folge, dass die Ergebnisse z.T. anders interpretiert werden müssen bzw. dass auch Systemanregungen anders als bei Dieselmotoren ausgeführt werden müssen. Insbesondere die Ansteuerung der Hochdruckpumpe ist durch das Mengensteu- erventilkonzept völlig anders.
Bei Benzinmotoren wird heute nahezu immer im Saughub des Zylinders eingespritzt. Dies bedeutet, dass das Kompressionsvermögen der Zylinder keinen Ein- fluss auf die Einspritzmenge hat. Zudem können Benzinmotoren auch bei reinem
Niederdruck ohne einen Einsatz einer Hochdruckpumpe bei niedrigen Drehzahlen fahren, da die Einspritzventile keinen Mindestdruck benötigen um zu öffnen. Bei Dieselmotoren muss dagegen das Ventil gegen den Kompressionsdruck geöffnet werden, d.h. es muss eine Mindestdruckschwelle überschritten werden. Es ist somit möglich, einen Benzinmotor auch ohne den Einsatz der Hochdruckpumpe zu betreiben. Diesen Effekt kann man insbesondere zur Prüfung des Niederdrucksystems ausnutzen, indem die Hochdruckpumpe gezielt abgeschaltet wird.
Die Einspritzmenge ist beim Benziner maßgeblich vom Drucksignal des Druck- sensors (ohne Einfluss des Kompressionsdrucks, s.o.) abhängig. Außerdem fahren Benzinmotoren heute größtenteils mit einer Lambdaregelung auf dem Betriebspunkt Lambda = 1 . Diese beiden Tatsachen haben zur Folge, dass eine Lambdaauswertung einen Rückschluss auf die Genauigkeit und insbesondere den Offset des Drucksensors ermöglicht. - i o -
Der hier vorgestellte Test ist auf das gesamte Kraftstoffsystem bei Benzinmotoren erweitert. Dies bedeutet, dass sowohl das Hoch- wie auch das Niederdrucksystem überprüft und diagnostiziert wird.
Um eine möglichst genaue Diagnose zu gewährleisten müssen die folgenden Randbedingungen sichergestellt sein:
Der Motor sollte betriebswarm sein.
Die Temperatur im Motorraum sollte nicht zu hoch sein. Hier ist es insbesondere sinnvoll, die Motorhaube zu öffnen und auch den Motorlüfter voll anzusteuern, um eine geringere und konstante Temperatur im Kraftstoffsystem zu erreichen. Ist die Temperatur des Kraftstoffrails im Motorraum deutlich höher als die Kraft- Stofftemperatur im Tank, so werden die Ergebnisse negativ beeinflusst.
Die Einspritzmenge sollte nicht zu gering sein. Ist die Einspritzmenge zu gering, kann es sein, dass durch die Kleinmengentoleranz der in Benzinsystemen verwendeten Hochdruckeinspritzventile auch im Nominalfall ohne Fehler eine deutli- che Lambdaabweichung auftritt. Somit ist die Auswertung der Lambdaabwei- chung bei den Hochdrucksprüngen nicht robust genug für eine Diagnoseauswertung. Um das Problem zu lösen, muss die Motorlast und damit die Kraftstoff men- genanforderung erhöht werden. Dies wird durch eine Lastaufschaltung erreicht. Hierfür eignet sich insbesondere die Einschaltung des Motorlüfters. Weitere Lastaufschaltungsmöglichkeiten sind beispielsweise die Aufschaltung einer Momentenreserve und die Einschaltung der Belüftung inklusive Klimakompressor. Je höher die Motorlast, desto geringer sind die Einspritzventiltoleranzen.
Bei den Hochdruckprüfungen sollte das Niederdrucksystem auf einen konstanten Vorsteuerwert gefahren werden, um die Einflüsse aus dem Niederdrucksystem möglichst gering zu halten.
Da die Hochdruckpumpe über die Nockenwelle angetrieben wird, hängt die Druckaufbauzeit direkt von der Drehzahl ab. Um möglichst lange und gut aus- wertbare Anstiegszeiten zu bekommen (im Steuergerät steht das Drucksignal mit einer bestimmten Abtastrate zur Verfügung), ist es sinnvoll, die Diagnose bei möglichst geringen Drehzahlen auszuführen. Hierfür eignet sich insbesondere der Leerlauf.

Claims

Patentansprüche
1. Fehlerlokalisationsverfahren für ein Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Durchführen einer Mehrzahl von Tests, wobei jeder Test ein oder mehrere
Merkmale erzeugt,
Identifizieren eines Fehlers des Einspritzsystems durch Vergleichen der erzeugten Merkmale mit vorgegebenen Merkmalskombinationen, wobei jede Merkmalskombination einem Fehler des Einspritzsystems zugeordnet ist.
2. Fehlerlokalisationsverfahren nach Anspruch 1 , wobei wenigstens einer der Tests das Messen wenigstens eines Drucks im Einspritzsystem einschließt und die Merkmale die Abweichung eines gemessenen Drucks von einem vorgegebenen Sollwert einschließen.
3. Fehlerlokalisationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe (12) und eine Niederdruckpumpe (4) hat und wobei wenigstens einer der Tests ein Niederdrucktest ist, der die folgenden Schritte einschließt: A1 ) Abschalten der Hochdruckpumpe (12), Einschalten der Niederdruckpumpe
(4),
A2) Messen des von der Niederdruckpumpe (4) erzeugten Drucks über der Zeit, A3) Abschalten der Niederdruckpumpe (4), A4) Messen des abfallenden Drucks über der Zeit.
4. Fehlerlokalisationsverfahren nach Anspruch 3, wobei die Niederdruckpumpe (4) während des Niederdrucktests periodisch angesteuert wird.
5. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe (12) und eine Niederdruckpumpe (4) hat und wobei wenigstens einer der Tests ein Hochdruckdrucktest ist, der die folgenden Schritte einschließt: B1 ) Einschalten der Niederdruckpumpe (4), Betreiben der Hochdruckpumpe
(12) mit voller Leistung, B2) Messen des von der Hochdruckpumpe (12) erzeugten Drucks über der Zeit.
6. Fehlerlokalisationsverfahren nach Anspruch 5, wobei der Hochdrucktest zusätzlich den Schritt einschließt:
B3) Abschalten der Hochdruckpumpe (12), wenn a) ein Druckabfall gemessen wird, oder wenn, b) ein vorgegebener maximaler Druck gemessen wird.
7. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zusätzlich einen Gradiententest mit den folgenden Schritten einschließt:
Bestimmen des zeitlichen Gradienten von wenigstens einem der gemessenen Drücke, Bestimmen von Abweichungen des/der bestimmten Gradienten von vorgegebenen Sollwerten.
8. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zusätzlich einen Abstelltest mit den folgenden Schrit- ten einschließt:
C1 ) Betreiben des Verbrennungsmotors mit einem hohem Druck im Einspritzsystem,
C2) Abstellen des Verbrennungsmotors,
C3) Messen des Druckverlaufs nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors.
9. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe (12) hat und wobei das Verfahren zusätzlich einen Hochdrucksollwertsprungtest mit den folgenden Schritten einschließt: D1 ) Betreiben der Hochdruckpumpe (12) mit geringer Leistung
D2) schlagartiges Erhöhen des Hochdrucks durch kurzzeitiges Betreiben der Hochdruckpumpe (12) mit voller Leistung D3) Messen des erreichten Enddrucks und des Druckverlaufs D4) Messen des Abgaslambdas vor und nach der Druckerhöhung
10. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe (12) hat und wobei das Verfahren zusätzlich einen Vorsteuertest mit den folgenden Schritten einschließt:
E1 ) Einstellen verschiedener Ansteuerwerte der Hochdruckpumpe (12), E2) Messen des sich bei jedem Ansteuerwert im Einspritzsystem einstellenden
Drucks.
1 1 . Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Tests zusätzlich einschließt:
Bestimmen von Differenzen zwischen gemessenen Drücken, Bestimmen der Abweichung der bestimmten Differenzen von vorgegebenen Sollwerten.
12. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Tests eine Lastaufschaltung zur Erhöhung der Motorlast einschließt.
13. Fehlerlokalisationsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Tests, Messen des Abgaslambdas vor und nach einer Erhöhung des Einspritzdrucks einschließt.
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