WO2017021183A1 - Verfahren zur erkennung fehlerhafter komponenten eines kraftstoffeinspritzsystems - Google Patents

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WO2017021183A1 PCT/EP2016/067624 EP2016067624W WO2017021183A1 WO 2017021183 A1 WO2017021183 A1 WO 2017021183A1 EP 2016067624 W EP2016067624 W EP 2016067624W WO 2017021183 A1 WO2017021183 A1 WO 2017021183A1
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Robert Hoffmann
Peter Matthias Russe
Tany GARGISO
Michael Kausche
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for detecting faulty components of a fuel injection system.
  • Fuel injection systems of internal combustion engines must comply with statutory requirements regarding on-board diagnostics (OBD). Relevant standards and laws for this purpose, for example, for Europe, the UN / ECE R83 and for the kali ⁇ fornischen market of California Code of Regulations, Title 13, 1968.2.
  • OBD on-board diagnostics
  • a temporary or permanent deviation of the fuel injection quantity from an optimum fuel injection quantity for the current operating point of the internal combustion engine must be able to be diagnosed quickly and reliably. This diagnostic capability must be maintained over the entire service life of the motor vehicle equipped with the internal combustion engine. If this is not the case, then the pollutant emissions of the motor vehicle deteriorate, so that in many cases statutory provisions are not met. It may also be the case that such a motor vehicle is left with an engine failure.
  • a combustion application prescribes an injection quantity setpoint of 1 mg.
  • a new injection system executes this quantity setpoint and the desired consequences occur.
  • An aged injection system may not perform this setpoint, since the parameters or components of the injection system have deteriorated.
  • an aged injection system requires a control that would have met 3 mg when new to make 1 mg.
  • Post-injection of fuel after the main injection further comprising a return of at least a portion of the exhaust gas of the internal combustion engine with the nacheinge-injected fuel in the intake manifold of the internal combustion engine, a determination of the additional injection by the post injection and the exhaust gas recirculation spin rotation of the crankshaft to determine the exhaust gas recirculation rate and a Determining the Nacheinspritzmenge be made of the additional rotational acceleration of the crankshaft and the exhaust gas recirculation rate.
  • WO 2009/013058 A1 discloses a method for determining a fuel mass of a pilot injection injected into at least one combustion chamber of an internal combustion engine by means of at least one injection under high pressure, in which by means of a comparison of a measure for the actual amount of injected fuel at least one test post-injection , which is made on the basis of a measure for a predetermined target amount of a desired pilot injection, and the measure for the target amount, a correction quantity for the pilot injection is set.
  • a method and a device for controlling an injection valve of an internal combustion engine are known, in which a deviation between a predetermined desired value and an actual value of a fuel quantity injected into a combustion chamber of an internal combustion engine is compensated.
  • the fuel using a plurality of injection valves of an injection system during operation of a motor vehicle is a ⁇ injected into the engine and determines the deviation between the predetermined desired value and the actual value of the injected fuel quantity by detecting the pressure drop in a fuel rail of the injection system.
  • a test phase is initiated in which a defined, stable state is initially set in the fuel rail, after reaching the steady state, a first pressure value in the fuel rail is determined with a first pressure measurement, then at least one injection valve is selected, which is driven for a test injection with a predetermined desired value, it is determined according to the test injection a second pressure value at a second pressure measurement in the fuel rail, a difference value is calculated from the two detected pressure values, and a correction factor is determined from the bE ⁇ calculated difference value with the control of the selected injection valve is corrected.
  • a very small amount of fuel is used, which corresponds to the fuel quantity of a pre-injection or post-injection or a heat injection for the catalyst.
  • Test pulses is measured. Depending on the measured capacitance values, a determination is made of the relative change in the injection quantity of an injector. Subsequently, this injector is actuated to effect injection, taking into account the relative change in injection quantity. In this way, the injection quantity can be kept stable over the temperature.
  • a multi-cylinder internal combustion engine which has Burn ⁇ drying chambers with direct fuel injection, said Injektor characterizingen be adapted individually for each injector in order to compensate for deviations that have the individual injectors of standard injectors.
  • fuel is injected from each injector and it is determined based on the response of the machine.
  • a value of the peak pressure or a specified mean pressure which pressure value occurs during a combustion cycle in the combustion chamber of the cylinder, is determined for each cylinder.
  • the Injek ⁇ tor suspectizingen be modified individually for each injector in order to compensate differences of pressure values between the cylinders.
  • the object of the invention is an improved method for detecting faulty components of a
  • the parameters mentioned are the rail pressure, the injector voltage and the residual oxygen in the exhaust gas or the air ratio. These parameters are three mutually linearly independent signals or orthogonal signals, the combined evaluation provides particularly reliable results and allows a reliable detection or determination of a cause of the fault.
  • a method according to the invention is particularly suitable for self-igniting internal combustion engines with piezo common rail injection systems with directly driven injectors or servo valve Inj ectors (diesel engine and gasoline engine).
  • the claimed method is used advantageously in stable operating conditions, which in particular when the vehicle is stationary in a workshop. It can also be used in normal operation of a motor vehicle.
  • An advantageous embodiment is not to initialize the claimed method by the engine control unit, but by an external test device. This can be done in a workshop or at the end of vehicle production in the factory.
  • Another particularly advantageous time for carrying out a method according to the invention is the time of the first commissioning of the motor vehicle. At this time, there are defined operating materials (fuel, oil) which fulfill the first filling standard of the respective motor vehicle. Furthermore, there are trained staff ready at this time.
  • the results of various system diagnoses are to be checked before the start of the method, for example the results of a cylinder equation diagnosis and diagnoses of all sensors and actuators involved in order to ensure the reliability of the results of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sketch for explaining a method for detecting faulty components of a fuel injection system
  • Figure 2 is a diagram illustrating the relationship between the predetermined by test pulses of fuel injection quantity and the reaction of the injection system in ⁇ a function of time
  • FIG. 1 shows a sketch for explaining a method for detecting faulty components of a fuel injection system.
  • This Günstmaschineserkennung consists in a use of the method in the normal operation of a motor vehicle ⁇ to perform predetermined system diagnostics and checking their results.
  • system diagnostics include, for example, a cylinder balance diagnosis and a diagnosis of the functionality of sensors and actuators, which are arranged on components of the injection system.
  • test pulses in the form of post-injections are provided by a control unit injector-individually.
  • an afterin ⁇ injection is first performed with a predetermined fuel quantity setpoint at an angle of 70 ° after top dead center. Then further injections carried out in at ⁇ play, five consecutive segments on the same cylinder with the same amount of fuel set point.
  • the reaction of the fuel injection system to the respective post-injection takes place.
  • the rail pressure is measured by means of a rail pressure sensor and rail pressure signals are provided and supplied to an evaluation unit A.
  • the injector voltage is measured by means of a voltage sensor and injector voltage signals are supplied to the evaluation unit A.
  • the air ratio by means of a Lamdasensors measured and supplied to a signal characterizing the air ratio of the Auswer ⁇ teech A. In this case, the measurement of the air ratio takes place in such a way that an information about the burned is provided by a first measurement result
  • Fuel quantity fraction at the lambda probe and by a second measurement result information about the evaporated fuel ⁇ amount of proportion at the lambda probe is obtained. By doing so, information about the individual HC offset of the probe is obtained.
  • These two aforementioned Mes ⁇ shunt be obtained in that the start of injection SOI of the post injection is varied.
  • the speed-dependent gas flow time must be taken into account, as illustrated at the bottom left in FIG. Measurements shall be made only after a light-off of the ex ⁇ gas aftertreatment system.
  • the two measurement results of the Lucasla become a Nach kau subjected, for example, a cross-correlation or an autocorrelation.
  • the result obtained is fed to the evaluation unit A as a signal characterizing the air ratio.
  • the acquisition and evaluation of the air ratio is carried out in each case at a time determined empirically in advance or in an expected period of time.
  • the injection time, the speed-dependent gas running time and an input filter time constant of the air ⁇ number acquisition are taken into account.
  • a reference signal is recorded on the engine test bench and an evaluation of the received measurement or feedback signals takes place in
  • the measured air ratio is examined for self-similarity with uniform engine running after the end of the transients in the fuel and air paths of the engine.
  • a deviation in the course of the lambda signal is provoked by suitably selected post-injections.
  • the autocorrelation supplies a signal which makes it possible to distinguish whether an injection exists or not from an injection quantity that can be represented minimally by the injection system.
  • comparisons of the respectively identified minimum signal significance with a minimum signal significance identified in another branch are made in the evaluation unit, for example a comparison of the minimum signal significance identified in the rail pressure branch with the minimum signal significance identified in the air channel and a comparison identified in the air path branch minimum signal significance with the Injektornapszweig identi ⁇ fied minimum signal-significance to increase the reliability of the diagnosis.
  • a combined evaluation unit a combined evaluation unit, a combined evaluation unit, for example a comparison of the minimum signal significance identified in the rail pressure branch with the minimum signal significance identified in the air channel and a comparison identified in the air path branch minimum signal significance with the Injektornapszweig identi ⁇ fied minimum signal-significance to increase the reliability of the diagnosis.
  • the prescribed combined evaluation of the determined parameters allows recognition of the fault location, in particular detection of whether an error of the injector, the lambda probe or the air path exists.
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the relationship between those predetermined by the test pulses
  • the solid line LI in the diagram is a standard characteristic, as expected from a new or perfect injector. This standard characteristic is determined empirically during the development period.
  • the dashed line L2 which is typically parallel to the solid line, illustrates that the test pulses on an aged or damaged injector do not cause a response, response other than the expected time, or other than the expected amplitude.
  • An error-free injector in the new state delivers for a drive time Tl, which is an originally made calibration corresponds to an injection amount A, for example, 1 mg.
  • This injection amount A leads to reactions in the above-mentioned measurement signals which occur at the expected times, counted from the beginning or the end of the control period Tl and ER- waited amplitudes, which are also known from for ⁇ nally made calibration.
  • the aforementioned drive duration T 1 can be used repeatedly to form a statistic, for example an averaging, in several operating cycles of the motor.
  • an error-free injector delivers a second injection quantity B in the new state for a second activation duration T2, which likewise causes reactions with expected amplitudes at expected points in time.
  • the second on-control duration T2 can be repeatedly applied in several operating cycles of the engine to form an average value.
  • the drive durations Tl... Tn of the test pulses can be applied in both ascending and descending directions, ie. H. starting with small periods of time to longer periods of time or vice versa.
  • a test injection leads to reactions in the injector feedback signals, for example in the measurement signals, which describe the course of the injector capacity or the injector voltage.
  • This reaction is interpreted as needle closing time OPP4.
  • a shift to an earlier than expected time, as indicated by arrows Z2 and Z3 symbolized, is called premature needle closure inter ⁇ preted, which is usually accompanied by a smaller than expected for a control period Tl injection quantity.
  • Ent ⁇ speaking a shift to a date later than the expected date is interpreted as too late needle closure, which is usually accompanied by a greater than expected for an on ⁇ tax period Tl injection quantity.
  • a set drift of an injector manifests itself in a parallel displacement of the current injector characteristic with respect to the standard characteristic curve.
  • the pressure in the rail results from the balance of supplied and discharged fuel volume.
  • a variation of the injection angle of the test injection means to vary the phase angle of the test injection to the pumping phase and the distance to the main injection, respectively.
  • the test injection is at different positions with respect to the pressure wave in the rail triggered by the pump stroke and / or the main injection. Different expectation values are provided for different angles.
  • the same test injection results in a reaction of the amperometric oxygen sensor in the exhaust path.
  • He ⁇ waiting time of this signal is dependent inter alia on the gas transit time between the exhaust valve of the cylinder and the site of the lambda probe.
  • the gas running time is dependent on fixed geometrical conditions and the air mass velocity or the air mass flow rate. Other influencing factors are the speed, the boost pressure and the exhaust backpressure.
  • Type of fuel the injection quantity and their degree of conversion.
  • FIG. 3 shows diagrams for illustrating the behavior of the air signal lambda with a stepwise increase of the post-injection angle while the fuel quantity remains the same.
  • the cause is d. H. the stepwise increase of the injection angle
  • the effect i. H. the resulting air-fuel values are shown. It can be seen that the proportion of burnt
  • the non-burned hydrocarbons are ⁇ / converted at the hot surface of the probe thermally catalytically, but the effect in the measurement signal is not identical for burning the same amount of fuel.
  • FIG. 4 shows diagrams for illustrating the behavior of the air signal lambda in the event of a sudden change in the injection angle while the fuel mass remains the same. It is also in the lower diagram, the cause, d. H. the sudden changes in the injection angle, and in the upper diagram the effect, i. H. the resulting air-fuel values are shown.
  • the invention described above is advantageously applicable when calculating a model-based air path at which the model values are based on the fuel quantity setpoint.
  • An improved diagnostic capability of the injection system also results in improved pinpointing, i. H. an improved detection of a faulty component of the fuel injection system.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei welchem im Rahmen einer Testroutine eine injektorindividuelle Nacheinspritzung vorgenommen wird, nach erfolgter Nacheinspritzung mehrere vorgegebene Parameter des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt werden und durch eine kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter Rückschlüsse darauf gezogen werden, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei sind.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines
KraftStoffeinspritzsystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems .
Kraftstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen müssen gesetzliche Vorschriften bezüglich einer On-Board-Diagnose (OBD) erfüllen. Einschlägige Normen und Gesetze hierzu sind beispielsweise für Europa die UN/ECE R83 und für den kali¬ fornischen Markt der California Code of Regulations, Title 13, 1968.2.
Eine temporäre oder dauerhafte Abweichung der Kraftstoffeinspritzmenge von einer für den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine optimalen Kraftstoffeinspritzmenge muss schnell und sicher diagnostiziert werden können. Diese Diag- nosefähigkeit muss über die komplette Lebensdauer des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs erhalten bleiben. Ist dies nicht der Fall, dann verschlechtern sich die Schadstoffemissionen des Kraftfahrzeugs, so dass in vielen Fällen gesetzliche Vorschriften nicht eingehalten werden. Es kann auch der Fall auftreten, dass ein derartiges Kraftfahrzeug mit einem Motorschaden liegenbleibt.
Es ist bereits bekannt, eine Überwachung der Einspritzmenge unter Verwendung eines einzigen physikalischen Signals vorzunehmen, beispielsweise des Raildrucksignals oder der Injektorspannung. Jedes Signal, welches für eine OBD verwendet wird, muss gemäß geltender Vorschriften hinreichend plausibilisiert werden. Bei bekannten OBD-Systemen tritt des Weiteren das Problem auf, dass kleine Einspritzmengen nur kleine Signalhübe bei den zur Verfügung stehenden Sensoren hervorrufen, beispielsweise bei einem Raildrucksensor oder einer Lambdasonde. In der unmittelbaren Umgebung des jeweiligen Motors sind üblicherweise unterschiedliche Arten von Störeinflüssen vor¬ handen. Dazu gehört beispielsweise allgemeines Rauschen. Es wird keine Unterscheidung zwischen eingestrahltem Rauschen, ein- geleitetem Rauschen, kapazitiv eingekoppeltem Rauschen und auch keine Unterscheidung zwischen verschiedenen Orten einer Störeinkopplung getroffen. Des Weiteren weisen Lambdasonden eine Querempfindlichkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und anderen Abgasbestandteilen auf. Auch kann eine Vergiftung der Sonde vorliegen.
Ferner tritt bei bekannten OBD-Systemen das Problem auf, dass die von einem Einspritzsystem darstellbare minimale Einspritzmenge üblicherweise einem alterungsbedingten Anstieg unterworfen ist, sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden.
Beispielsweise gibt eine Verbrennungsapplikation einen Ein- spritzmengensollwert von 1 mg vor. Ein neues Einspritzsystem führt diesen Mengensollwert aus und die gewünschten Folgen treten ein. Ein gealtertes Einspritzsystem führt diesen Mengensollwert möglicherweise nicht aus, da sich die Parameter bzw. Bauteile des Einspritzsystems verschlechtert haben. Beispielsweise benötigt ein gealtertes Einspritzsystem eine Ansteuerung, die im Neuzustand 3 mg entsprochen hätte, um 1 mg auszuführen.
Aus der EP 1 420 157 Bl ist ein Verfahren zur Ermittlung der Einspritzmenge einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem eine Haupteinspritzung von Kraftstoff, eine Ermittlung der durch die Haupteinspritzung verursachten Drehbeschleunigung der Kurbelwelle, eine Bestimmung der Haupteinspritzmenge aus der ermittelten Drehbeschleunigung der Kurbelwelle und eine
Nacheinspritzung von Kraftstoff nach der Haupteinspritzung bekannt, wobei des Weiteren eine Rückführung mindestens eines Teils des Abgases der Brennkraftmaschine mit dem nacheinge- spritzten Kraftstoff in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, eine Ermittlung der durch die Nacheinspritzung und die Abgasrückführung verursachten zusätzlichen Drehbeschleunigung der Kurbelwelle zur Ermittlung der Abgasrückführrate und eine Bestimmung der Nacheinspritzmenge aus der zusätzlichen Drehbeschleunigung der Kurbelwelle und der Abgasrückführungsrate vorgenommen werden. Aus der WO 2009/013058 AI ist ein Verfahren zur Bestimmung einer in wenigstens einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens einer Einspritzung unter hohem Druck eingespritzten Kraftstoffmasse einer Voreinspritzung bekannt, bei welchem mittels eines Vergleiches eines Maßes für die Istmenge des eingespritzten Kraftstoffs wenigstens einer Test-Nacheinspritzung, die aufgrund eines Maßes für eine vorgegebene Sollmenge einer gewünschten Voreinspritzung vorgenommen wird, und des Maßes für die Sollmenge eine Korrekturgröße für die Voreinspritzung festgelegt wird.
Aus der DE 10 2006 023 468 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors bekannt, bei denen eine Abweichung zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem Istwert einer in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraft¬ stoffmenge kompensiert wird. Dabei wird der Kraftstoff mit Hilfe mehrerer Einspritzventile eines Einspritzsystems während des Betriebes eines Kraftfahrzeugs in den Verbrennungsmotor ein¬ gespritzt und die Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert der eingespritzten Kraftstoffmenge durch Erfassung des Druckabfalls in einem Kraftstoffrail des Ein- spritzsystems ermittelt. Dies geschieht dadurch, dass während einer Schubabschaltphase eine Testphase eingeleitet wird, bei der zunächst im Kraftstoffrail ein definierter, stabiler Zustand eingestellt wird, nach Erreichen des stabilen Zustands ein erster Druckwert im Kraftstoffrail mit einer ersten Druckmessung ermittelt wird, anschließend wenigstens ein Einspritzventil ausgewählt wird, das für eine Testeinspritzung mit einem vorgegebenen Sollwert angesteuert wird, nach der Testein- spritzung ein zweiter Druckwert mit einer zweiten Druckmessung im Kraftstoffrail ermittelt wird, aus den beiden ermittelten Druckwerten ein Differenzwert berechnet wird und aus dem be¬ rechneten Differenzwert ein Korrekturfaktor bestimmt wird, mit dem die Ansteuerung des ausgewählten Einspritzventils korrigiert wird. Für die Testeinspritzung wird eine sehr geringe Kraft- stoffmenge verwendet, welche der Kraftstoffmenge einer Vor- oder Nacheinspritzung oder einer Heizeinspritzung für den Katalysator entspricht.
Aus der DE 10 2010 004 299 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Injektoren mit Piezoantrieb bekannt, bei welchen die elektrische Kapazität und damit das aktuelle Temperaturniveau des Piezoantriebs mit Hilfe von
Testimpulsen gemessen wird. In Abhängigkeit von den gemessenen Kapazitätswerten erfolgt eine Ermittlung der relativen Änderung der Einspritzmenge eines Injektors. Anschließend wird dieser Injektor zur Tätigung einer Einspritzung unter Berücksichtigung der relativen Einspritzmengenänderung angesteuert. Auf diese Weise lässt sich die Einspritzmenge über die Temperatur stabil halten .
Aus der EP 2 136 058 AI ist ein Verfahren zur Adaption der Injektorcharakteristiken von Kraftstoffinj ektoren einer
Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine bekannt, welche Verbren¬ nungskammern mit direkter Kraftstoffeinspritzung aufweist, wobei die Injektorcharakteristiken für jeden Injektor individuell adaptiert werden, um Abweichungen auszugleichen, die die individuellen Injektoren von Standardinjektoren haben. Dabei wird von jedem Injektor Kraftstoff eingespritzt und es wird die darauf basierende Reaktion der Maschine ermittelt. Des Weiteren wird beim bekannten Verfahren für jeden Zylinder ein Wert des Spitzendruckes oder eines angegebenen mittleren Druckes, welcher Druckwert während eines Verbrennungszyklus in der Brennkammer des Zylinders auftritt, ermittelt. Ferner werden die Injek¬ torcharakteristiken individuell für jeden Injektor modifiziert, um Differenzen der Druckwerte zwischen den Zylindern auszugleichen .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines
KraftStoffeinspritzsystems anzugeben . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems wird im Rahmen einer Testroutine eine injektorindividuelle Nach¬ einspritzung vorgenommen, nach erfolgter Nacheinspritzung mehrere vorgegebene Parameter des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt und durch eine kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter Rückschlüsse darauf gezogen, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei arbeiten.
Durch diese kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter wird die Zuverlässigkeit und die Trennschärfe der Überwachung eines On-Board-Diagnosesystems erhöht.
Vorzugsweise handelt es sich bei den genannten Parametern um den Raildruck, die Injektorspannung und den Restsauerstoff im Abgas bzw. die Luftzahl. Bei diesen Parametern handelt es sich um drei voneinander linear unabhängige Signale bzw. orthogonale Signale, deren kombinierte Auswertung besonders zuverlässige Ergebnisse liefert und eine sichere Erkennung bzw. Festlegung einer Störungsursache erlaubt.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für selbstzündende Verbrennungsmotoren mit Piezo-Common- Rail-Einspritzsystemen mit direkt angetriebenen Injektoren oder Servoventil-Inj ektoren (Dieselmotor und Ottomotor).
Des Weiteren kann mittels des beanspruchten Verfahrens eine Überprüfung vieler Systeme eines Verbrennungsmotors vorgenommen werden, insbesondere der Komponenten eines gesamten Einspritzsystems .
Das beanspruchte Verfahren wird in vorteilhafter Weise bei stabilen Operationsbedingungen eingesetzt, welche insbesondere bei stehendem Fahrzeug in einer Werkstatt vorliegen. Es kann aber auch im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das beanspruchte Verfahren nicht vom Motorsteuergerät aus zu initialisieren, sondern von einem externen Testgerät. Dies kann in einer Werkstatt erfolgen oder auch am Ende der Fahrzeugherstellung im Werk . Ein weiterer besonders vorteilhafter Zeitpunkt zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs. Zu diesem Zeitpunkt liegen definierte Betriebsstoffe (Kraftstoff, Öl) vor, die die Erstbefüllungsnorm des jeweiligen Kraftfahrzeugs erfüllen. Ferner steht zu diesem Zeitpunkt geschultes Personal bereit.
Im Falle einer Durchführung des beanspruchten Verfahrens in einer Werkstatt sind vor dem Start des Verfahrens vom Werkstattpersonal bestimmte Fehler auszuschließen, beispielsweise Fehler am Kabelbaum des Fahrzeugs, Undichtigkeiten im Hochdrucksystem des Fahrzeug und eine Betankung mit einer falschen Kraftstoffsorte.
Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs sind vor dem Start des Verfahrens die Ergebnisse diverser Systemdiagnosen zu prüfen, beispielsweise die Ergebnisse einer Zylindergleichstellungs¬ diagnose sowie Diagnosen aller beteiligten Sensoren und Aktoren, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens sicherzustellen.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine Skizze zur Erläuterung eines Verfahrens zur Er- kennung fehlerhafter Komponenten eines KraftstoffeinspritzSystems , Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der durch Testpulse vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge und der Reaktion des Einspritz¬ systems in Abhängigkeit von der Zeit,
Figur 3 Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des
Luftsignals λ bei schrittweiser Erhöhung des Nach- einspritzwinkels und Figur 4 Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des
Luftsignals λ bei sprungförmiger Änderung des Ein- spritzwinkels .
Die Figur 1 zeigt eine Skizze zur Erläuterung eines Verfahrens zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffein- spritzsystems .
Vor dem Starten des Verfahrens erfolgt zunächst eine Güns- tigkeitserkennung . Diese Günstigkeitserkennung besteht bei einer Benutzung des Verfahrens im Normalbetrieb eines Kraft¬ fahrzeugs darin, vorgegebene Systemdiagnosen durchzuführen und deren Ergebnisse zu überprüfen. Zu diesen Systemdiagnosen gehören beispielsweise eine Zylindergleichstellungsdiagnose sowie eine Diagnose der Funktionsfähigkeit von Sensoren und Aktoren, die an Komponenten des Einspritzsystems angeordnet sind .
Bei einer Benutzung des Verfahrens in einer Werkstatt besteht die Günstigkeitserkennung darin, bestimmte Fehler durch das
Werkstattpersonal auszuschließen, beispielsweise Fehler am Kabelbaum des Kraftfahrzeugs, Undichtigkeiten im Hochdrucksystem des Kraftfahrzeugs sowie eine Betankung mit einer falschen Kraftstoffsorte. Liefert die vorgenommene Günstigkeitserkennung positive Er¬ gebnisse, dann liegen stabile Motorbetriebsbedingungen vor, so dass das Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems eingeleitet werden kann. 0
Bei diesem Verfahren werden von einer Steuereinheit injektorindividuell Testpulse in Form von Nacheinspritzungen bereitgestellt. Beispielsweise wird zunächst eine Nachein¬ spritzung mit einem vorgegebenen Kraftstoffmengensollwert in einem Winkel von 70° nach dem oberen Totpunkt durchgeführt. Anschließend erfolgen weitere Nacheinspritzungen auf bei¬ spielsweise fünf aufeinanderfolgenden Segmenten auf demselben Zylinder mit demselben Kraftstoffmengensollwert .
Nach Vornahme der jeweiligen Nacheinspritzung mit dem vorgegebenen Kraftstoffmengensollwert erfolgt eine Erfassung der Reaktion des Kraftstoffeinspritzsystems auf die jeweilige Nacheinspritzung. Hierbei werden - wie es im oberen Zweig der Figur 1 veranschaulicht ist - der Raildruck mittels eines Raildrucksensors gemessen und Raildrucksignale bereitgestellt und einer Auswerteeinheit A zugeführt. Des Weiteren werden - wie es im mittleren Zweig der Figur 1 veranschaulicht ist - die Injektorspannung mittels eines Spannungssensors gemessen und Injektorspannungssignale der Auswerteeinheit A zugeführt. Ferner werden - wie es im unteren Zweig der Figur 1 veranschaulicht ist - die Luftzahl mittels eines Lamdasensors gemessen und ein die Luftzahl charakterisierendes Signal der Auswer¬ teeinheit A zugeführt. Dabei erfolgt die Messung der Luftzahl derart, dass durch ein erstes Messergebnis eine Auskunft über den verbrannten
Kraftstoffmengenanteil an der Lambdasonde und durch ein zweites Messergebnis eine Auskunft über den verdampften Kraftstoff¬ mengenanteil an der Lambdasonde erhalten wird. Durch diese Vorgehensweise wird eine Information über den individuellen HC-Offset der Sonde erhalten. Diese beiden vorgenannten Mes¬ sergebnisse werden dadurch erhalten, dass der Einspritzbeginn SOI der Nacheinspritzung variiert wird. Um korrekte Messergebnisse zu erhalten, muss die drehzahlabhängige Gaslaufzeit beachtet werden, wie es unten links in der Figur 1 veranschaulicht ist. Die Messungen dürfen erst nach einem Light-Off des Ab¬ gasnachbehandlungssystems vorgenommen werden. Die beiden Messergebnisse der Luftzahlen werden einer Nachverarbeitung unterworfen, beispielsweise einer Kreuzkorrelation oder einer Autokorrelation . Das dabei erhaltene Ergebnis wird als ein die Luftzahl charakterisierendes Signal der Auswerteeinheit A zugeführt .
Anschließend wird ein etwas höherer Kraftstoffmengensollwert vorgegeben und die vorstehend beschriebenen Messungen und Auswertungen wiederholt. Diese Wiederholungen mit stets etwas erhöhten Kraftstoffmengensollwert erfolgen solange, bis alle Auswertefunktionen zum Ergebnis haben, dass zum einen ein signifikantes Signal erkannt wird, d. h. dass die angesteuerte Einspritzmenge zu einer merklichen Veränderung des gemessenen Raildrucks und / oder der Luftzahl geführt hat, und zum zweiten, dass der Betrag der Mengensollwerterhöhung zu einem Differenzwert im gemessenen Signal geführt hat.
In der Folge wird beim vorstehend beschriebenen Verfahren ein zyklischer Wechsel des Winkels der Testeinspritzung bzw.
Nacheinspritzung unter Beibehaltung der jeweils vorgegebenen Testeinspritzmenge vorgenommen. Dadurch wird erreicht, dass die Nacheinspritzung einmal an einem Zeitpunkt, an dem der Kraftstoff noch brennt, aber keinen spürbaren Drehmomentbeitrag liefert, z. B. bei 70° nach dem oberen Totpunkt, und einmal an einem
Zeitpunkt, an dem der Kraftstoff nicht mehr brennt, z. B. bei 150° nach dem oberen Totpunkt, vorgenommen wird. Dies ermöglicht es, einmal die Wirkung der verbrannten Kraftstoffmenge und einmal die Wirkung der verdampften Kraftstoffmenge im Sondensignal zu sehen.
Die Erfassung und Auswertung der Luftzahl erfolgt jeweils an einem im Voraus empirisch ermittelten Zeitpunkt bzw. in einem erwarteten Zeitraum. Bei der Ermittlung dieses Zeitpunktes bzw. Zeitraumes werden der Einspritzzeitpunkt, die drehzahlabhängige Gaslaufzeit und eine Eingangsfilterzeitkonstante der Luft¬ zahlerfassung berücksichtigt. Mittels der bereits oben genannten Kreuzkorrelation oder der Autokorrelation wird der Signal-Rausch-Abstand verbessert.
Im Falle einer Verwendung der Kreuzkorrelation wird am Mo- torprüfstand ein Referenzsignal aufgenommen und es erfolgt eine Auswertung der erhaltenen Mess- bzw. Feedbacksignale im
Zeitbereich und im Spektralbereich.
Im Falle einer Verwendung der Autokorrelation wird die gemessene Luftzahl bei gleichförmigem Motorlauf nach dem Ende der Einschwingvorgänge im Kraftstoff- und Luftpfad des Motors auf Selbstähnlichkeit untersucht. Dabei wird durch geeignet gewählte Nacheinspritzungen eine Abweichung im Verlauf des Lambdasignals provoziert. Die Autokorrelation liefert als Ergebnis ein Signal, das ab einer vom Einspritzsystem minimal darstellbaren Einspritzmenge eine Unterscheidung dahingehend ermöglicht, ob eine Einspritzung vorhanden ist oder nicht.
In der Auswerteeinheit werden unter anderem Vergleiche der jeweils identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit einer in einem anderem Zweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz vorgenommen, beispielsweise ein Vergleich der im Raildruckzweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit der im Luftkanal identifizierten minimalen Signal-Signifikanz und ein Vergleich der im Luftpfadzweig identifizierten minimalen Signal-Signifikanz mit der im Injektorspannungszweig identi¬ fizierten minimalen Signal-Signifikanz, um die Zuverlässigkeit der Diagnose zu erhöhen. Des Weiteren erfolgt in der Auswerteinheit eine kombinierte
Auswertung der ihr zugeführten Parameter, um Rückschlüsse darauf ziehen zu können, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei sind. Befinden sich beispielsweise die Raildrucksignale, die In¬ jektorspannungssignale und die die Luftzahl charakterisierende Signale im Erwartungsbereich, dann wird darauf geschlossen, dass die Kraftstoffeinspritzmenge fehlerfrei, d. h. in Ordnung, ist. Befinden sich hingegen die Raildrucksignale und die Injektorspannungssignale im Erwartungsbereich, die die Luftzahl charakterisierenden Signale jedoch nicht, dann wird darauf geschlossen, dass entweder ein Fehler der Lambdasonde oder ein Luftpfadfehler vorliegt.
Befinden sich hingegen die Injektorspannungssignale im Er¬ wartungsbereich, die Raildrucksignale und die die Luftzahl charakterisierenden Signale jedoch nicht, dann wird darauf geschlossen, dass der Kraftstoffdurchfluss durch den Injektor fehlerhaft, d. h. nicht in Ordnung, ist.
Folglich erlaubt die vorgeschriebene kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter eine Erkennung des Fehlerortes, insbesondere eine Erkennung, ob ein Fehler des Injektors, der Lambdasonde oder des Luftpfades vorliegt.
Die Figur 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zu- sammenhangs zwischen den durch die Testimpulse vorgegebenen
Kraftstoffeinspritzmengen und der Reaktion des Einspritzsystems in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei ist längs der Ordinate der Kraftstoffmengensollwert MSW der Testimpulse, d. h. der
Nacheinspritzung, und längs der Abszisse die verstrichene Zeit tN nach dem Ende der Nacheinspritzung aufgetragen.
Die im Diagramm durchgezogene Linie LI ist eine Normkennlinie, wie sie von einem neuen bzw. einwandfreien Injektor erwartet wird. Diese Normkennlinie wird während des Entwicklungszeitraums empirisch ermittelt. Die gestrichelt gezeichnete Linie L2, die typischerweise parallel zur durchgezogenen Linie verläuft, veranschaulicht, dass die Testimpulse an einem gealterten oder beschädigten Injektor keine Reaktion, eine Reaktion zu einem anderen als dem erwartenden Zeitpunkt oder mit einer anderen als der erwarteten Amplitude hervorrufen.
Ein fehlerfreier Injektor im Neuzustand liefert für eine Ansteuerdauer Tl, die einer ursprünglich vorgenommenen Kalibration entspricht, eine Einspritzmenge A, beispielsweise 1 mg. Diese Einspritzmenge A führt zu Reaktionen in den oben genannten Messsignalen, die zu erwarteten Zeitpunkten, gerechnet ab dem Beginn oder dem Ende der Ansteuerdauer Tl, auftreten und er- wartete Amplituden aufweisen, welche ebenfalls aus der ur¬ sprünglich vorgenommenen Kalibration bekannt sind. Die genannte Ansteuerdauer Tl kann zur Bildung einer Statistik, beispielsweise einer Mittelwertbildung, in mehreren Arbeitsspielen des Motors wiederholt angewendet werden.
Des Weiteren liefert ein fehlerfreier Injektor im Neuzustand für eine zweite Ansteuerdauer T2 eine zweite Einspritzmenge B, die ebenfalls zu erwarteten Zeitpunkten Reaktionen mit erwarteten Amplituden hervorruft. Auch hierbei kann die zweite An- Steuerdauer T2 in mehreren Arbeitsspielen des Motors wiederholt angewendet werden, um einen Mittelwert zu bilden.
Daraus resultierend kann eine erwartete Differenz zwischen den erhaltenen Reaktionen gebildet werden.
Dabei können die Ansteuerdauern Tl ... Tn der Testpulse sowohl in aufsteigender als auch in abfallender Richtung angewendet werden, d. h. beginnend mit kleinen Zeitdauern hin zu größeren Zeitdauern oder umgekehrt.
Der in der Figur 2 mit ZI gekennzeichnete Pfeil zwischen ge¬ strichelter und durchgezogener Linie veranschaulicht, dass eine Anwendung der erkannten bzw. detektierten Messwerte auf die Parameter für kleinere Einspritzungen den Injektor wieder auf die Normkennlinie „zieht" und eine Anwendung und Darstellung kleiner Kraftstoffmengen ermöglicht.
Generell führt eine Testeinspritzung zu Reaktionen in den Injektor-Feedbacksignalen, beispielsweise in den Messsignalen, die den Verlauf der Injektorkapazität oder der Injektorspannung beschreiben. Diese Reaktion wird als Nadelschließzeitpunkt OPP4 interpretiert. Eine Verschiebung zu einem früheren als dem erwarteten Zeitpunkt, wie sie durch die Pfeile Z2 und Z3 symbolisiert ist, wird als zu frühes Nadelschließen inter¬ pretiert, was üblicherweise mit einer kleineren als der für eine Ansteuerdauer Tl erwarteten Einspritzmenge einhergeht. Ent¬ sprechend wird eine Verschiebung zu einem späteren als dem erwarteten Zeitpunkt als zu spätes Nadelschließen interpretiert, was üblicherweise mit einer größeren als der für eine An¬ steuerdauer Tl erwarteten Einspritzmenge einhergeht.
Üblicherweise äußert sich eine Mengendrift eines Injektors in einer Parallelverschiebung der aktuellen Injektorkennlinie gegenüber der Normkennlinie.
Bildet man nun die zeitliche Differenz T_erwartet - T_ist und addiert sie auf geeignete Weise auf die Ansteuerdauer Tl, dann erhält man die Ansteuerdauer, die für einen gealterten Injektor notwendig ist, um die gewünschte Kraftstoffmenge zu erzielen.
Dieselbe Testeinspritzung führt auch zu einer Reaktion im Signal PFU-SIG des Raildrucksensors , insbesondere zu einem Absinken des Raildrucksignals entsprechend dem aus dem Rail abgenommenen
Kraftstoffvolumen . Der Druck im Rail ergibt sich aus der Bilanz von zugeführtem und abgeführtem Kraftstoffvolumen . Eine Variation des Einspritzwinkels der Testeinspritzung bedeutet, den Phasenwinkel der Testeinspritzung zur Pumpenphase bzw. den Abstand zur Haupteinspritzung zu variieren. Folglich befindet sich die Testeinspritzung an unterschiedlichen Positionen bezüglich der durch den Pumpenhub und/oder der Haupteinspritzung ausgelösten Druckwelle im Rail. Für verschiedene Winkel werden verschiedene Erwartungswerte bereitgestellt.
Des Weiteren führt dieselbe Testeinspritzung zu einer Reaktion des amperometrischen Sauerstoffsensors im Abgaspfad. Der er¬ wartete Zeitpunkt dieses Signals ist unter anderem abhängig von der Gaslaufzeit zwischen dem Auslassventil des Zylinders und dem Ort der Lambdasonde. Die Gaslaufzeit ist abhängig von festen geometrischen Gegebenheiten und der Luftmassengeschwindigkeit bzw. dem Luftmassendurchsatz. Weitere Einflussgrößen sind die Drehzahl, der Ladedruck und der Abgasgegendruck. Ferner ist die Amplitude der Reaktion der Lambdasonde abhängig von der
Kraftstoffsorte, der Einspritzmenge und deren Umsetzungsgrad.
Die Figur 3 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals Lambda bei einer schrittweisen Erhöhung des Nacheinspritzwinkels bei gleichbleibender Kraftstoffmenge . Dabei ist im unteren Diagramm die Ursache, d. h. die schrittweise Erhöhung des Einspritzwinkels, und im oberen Diagramm die Wirkung, d. h. die resultierenden Luftzahlwerte, dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Anteil der verbrannten
Teil-Einspritzmenge der Test-Einspritzmenge und damit der Verbrauch an freiem molekularem Sauerstoff mit steigendem Einspritzwinkel nach dem oberen Totpunkt sinkt. Die unver¬ brannten Kohlenwasserstoffe werden an der heißen Oberfläche der Sonde thermisch / katalytisch umgesetzt, der Effekt im Messsignal ist aber nicht identisch zur Verbrennung derselben Menge Kraftstoff .
Die Figur 4 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung des Verhaltens des Luftsignals Lambda bei sprungförmiger Änderung des Ein- spritzwinkels bei gleichbleibender Kraftstoffmasse . Dabei ist ebenfalls im unteren Diagramm die Ursache, d. h. die sprung- förmigen Änderungen des Einspritzwinkels, und im oberen Diagramm die Wirkung, d. h. die resultierenden Luftzahlwerte, darge- stellt.
In den Figuren 3 und 4 wird der prinzipielle Zusammenhang zwischen Nacheinspritzwinkel und Lambdasignal verdeutlicht. Der Un¬ terschied in der Funktion ist, dass mit der graduellen Erhöhung der Testeinspritzmenge gemäß Figur 3 Punkte zur Berechnung der Geradengleichung der gestrichelt gezeichneten Linie erfasst werden können. Insbesondere kann der„Fußpunkt", d.h. bei welcher minimalen Ansteuerdauer sich zum ersten Mal ein signifikanter Signalhub ergibt, erfasst werden. Ein neuer Injektor liefert üblicherweise die erste Signifikanz bei geringerer Ansteuerdauer. Da das oben beschriebene System aber über den Mengensollwert MSW gesteuert wird (siehe Ordinate in der Figur 2) , muss ein höherer Testpuls-Mengensollwert, der einer größeren An- Steuerdauer entspricht, für den gleichen Mengenistwert ange¬ steuert werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist in vorteilhafter Weise anwendbar, wenn ein modellbasierter Luftpfad berechnet wird, bei welchem sich die Modellwerte auf den Kraftstoffmengensollwert stützen. Je besser die tatsächlich ausgeführte Kraftstoffmenge mit den angeforderten Sollwerten übereinstimmt, desto besser sind auch die berechneten Modellwerte für den Luftpfad bzw. die Ansteuerparameter für die Regelkomponenten des Luftpfads, desto besser gelingt auch die Arbeitspunkteinstellung des Motors und desto besser können die Abgas-Rohemissionen und/oder der Kraftstoffverbrauch des Motors optimiert werden. Eine verbesserte Diagnosefähigkeit des Einspritzsystems führt auch zu einem verbesserten Pinpointing, d. h. einer verbesserten Erkennung einer fehlerhaften Komponente des Kraftstoffein- spritzsystems .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems , bei welchem im Rahmen einer
Testroutine eine injektorindividuelle Nacheinspritzung vor¬ genommen wird, nach erfolgter Nacheinspritzung mehrere vorgegebene Parameter des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt werden und durch eine kombinierte Auswertung der ermittelten Parameter Rückschlüsse darauf gezogen werden, ob Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems fehlerhaft oder fehlerfrei sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorgegebenen Parametern um den Raildruck, die Injektorspannung und die Luftzahl handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Falle, dass der Raildruck, die Injektorspannung und die Luftzahl jeweils in einem Erwartungsbereich liegen, die Einspritzmenge der Nacheinspritzung als fehlerfrei erkannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Falle, dass die Injektorspannung im zugehörigen Erwartungsbereich liegt und der Raildruck und Luftzahl außerhalb des jeweiligen Erwartungsbereiches liegen, die Durchflussmenge des Injektors als fehlerhaft erkannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Falle, dass die Injektorspannung und der Raildruck im jeweils zugehörigen Erwartungsbereich liegen und die Luftzahl nicht im zugehörigen Erwartungsbereich liegt, das Vorliegen eines Lambdafehlers oder eines Luftpfadfehlers erkannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vornahme der Nacheinspritzung eine
Günstigkeitserkennung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Nacheinspritzung ein Wechsel des Winkels der Nacheinspritzung unter Beibehaltung der
Kraftstoffmenge vorgenommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Nacheinspritzung ein Wechsel des Winkels der
Nacheinspritzung bei veränderter, gleichbleibender Kraftstoffmenge vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Nacheinspritzung die Veränderung der Einspritzmenge solange vorgenommen wird, bis die kombinierte Auswertung der vorgegebenen Parameter ergibt, dass die vor- liegende Einspritzmenge zu einer messbaren Änderung aller vorgegebenen Parameter führt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Parameter eine Kreuzkorrelation verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Parameter eine Au- tokorrelation verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Nacheinspritzung die Dauer und/oder der Beginn der Nacheinspritzung verändert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge der Nacheinspritzung kleiner als 3 mg ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Einspritzmenge der Nacheinspritzung kleiner als 1 mg ist.
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