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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines mit einer Kraftstoffverteilerleiste in Verbindung stehenden Einspritzventils einer Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Diagnose eines mit einer Kraftstoffverteilerleiste in Verbindung stehenden Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit einer Druckmesseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste zu messen, und mit einer Steuereinrichtung.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen wird der durch die Einspritzventile in den Brennraum der Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoff oftmals über eine Kraftstoffverteilerleiste (Rail) zur Verfügung gestellt. Die Kraftstoffverteilerleiste ist mit einer Kraftstoff-, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffversorgung verbunden. Mit der Kraftstoffverteilerleiste sind wiederum einzelne Einspritzventile verbunden, die mittels geeigneter Steuereinrichtungen zum Einspritzen bestimmter Kraftstoffmengen angesteuert werden können. Bei solchen Brennkraftmaschinen kann es sich sowohl um Diesel- als auch um Benzinbrennkraftmaschinen handeln. Bei dem Einspritzsystem kann es sich beispielsweise um ein so genanntes Common-Rail-Einspritzsystem handeln.
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Einspritzventile unterliegen aufgrund ihrer komplexen Herstellungsverfahren sowie den unterschiedlichen Einsatzbedingungen großen Einflüssen hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens. Insbesondere kommt es oftmals zu einer Streuung bezüglich ihrer Betriebsspezifikation. Solche Streuungen oder Ungleichmäßigkeiten verursachen eine ungleichmäßige Dosierung des Kraftstoffgemisches und führen bei der Verbrennungskraftmaschine zu einer Erhöhung der Emissionen und einer Laufunruhe, die meist mit einer Verringerung des Wirkungsgrades einhergehen. Bei den Streuungen kann es sich beispielsweise um Herstellungstoleranzen handeln, also individuellen Abweichungen der Einspritzventile, die durch das Herstellungsverfahren bedingt sind. Solche Herstellungstoleranzen können durch Messungen nach Abschluss der Produktion des Ventils ermittelt und durch eine Kalibrierung im Motorsteuergerät kompensiert werden. Eine andere Art von Streuungen sind Alterserscheinungen, die ein stetiges Verhalten über die Lebensdauer des Ventils aufweisen, welches zum Beispiel durch Langzeitmessungen ermittelt werden kann, um eine Modellierung des nominalen Verhaltens des Ventils in der Steuerung hinterlegen zu können.
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Dabei sind zwei Verfahren als Gleichstellungsfunktion der Einspritzventile bekannt, um Alterungserscheinungen und Herstellungstoleranzen durch eine Adaption der Einspritzzeit über die gesamte Durchflusskennlinie des Ventils zu kompensieren.
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Ein Verfahren ist die so genannte zylinderselektive Lambdaregelung, die pro Abgasbank je einen Lambdasensor verwendet, der durch den Vergleich zwischen einem zylinderindividuellen Lambdasensormodell und dem zylinderindividuellen Lambdasensorsignal eine relative Abweichung der Zylinder untereinander erkennt. Unter der Annahme, dass sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine einen gleichmäßig verteilten Luftmassenstrom ṁ
air besitzen, kann ein mittlerer Kraftstoffmassenstrom ṁ
fuel aus dem gemessenen Lambdawert λ und dem bekannten stöchiometrischen Verhältnis c mittels der folgenden Formel berechnet werden:
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Bei diesem bekannten Verfahren kann aus der Abweichung zwischen dem zylinderindividuellen Lambdasignal und dem gemittelten Lambdareglerwert auf die eingespritzte Kraftstoffmasse jedes Zylinders rückgeschlossen werden und auf Basis dieses Kriteriums eine zylinderindividuelle Adaption der Einspritzkorrekturwerte erfolgen. Allerdings kann dieses Verfahren nicht zur Diagnose der Kraftstoffinjektoren verwendet werden, da eine Abweichung der zylinderselektiven Lambdaregelung sowohl vom Luft- als auch vom Kraftstoffpfad herrühren kann, und somit keine eindeutige Lokalisierung des Fehlerortes gewährleistet ist. Des Weiteren besitzt dieses Diagnoseverfahren eine eingeschränkte Anwendbarkeit bei modernen aufgeladenen Motoren, wenn der Lambdasensor stromabwärts dem Turbolader positioniert ist.
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Das zweite bekannte Verfahren nutzt die zylinderindividuelle Laufunruhe für eine Adaption von zylinderindividuellen Einspritzkorrekturwerten. Dabei ist die zeitlich variierende Winkelbeschleunigung α der Kurbelwelle ein Maß für die Laufunruhe einer Verbrennungskraftmaschine und beschreibt das mittlere induzierte Drehmoment M jedes Zylinders. Dabei wird folgender Zusammenhang genutzt: M = α·Θ.
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Da die Rotationsträgheitsmasse θ als konstant angesehen wird, besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der messbaren Winkelbeschleunigung und dem induzierten Drehmoment. Bei konstanten Zündparametern und der Annahme eines konstanten und gleichmäßig verteilten Luftmassenstroms ergibt sich das mittlere induzierte Drehmoment somit als Funktion der eingespritzten Kraftstoffmasse über jeden Zylinder. Anhand der zylinderindividuellen Laufunruhe wird eine einzelne Kraftstoffeinspritzzeit bei gleich bleibender Kraftstoffmasse so lange verändert, bis die Abweichung zu den einzelnen Zylindern bezüglich der Laufunruhe ein Minimum erreicht. Diese Korrektur wird im Motorsteuergerät als Adaptionswert abgespeichert. Allerdings kann dieses Verfahren nicht zur Diagnose der Kraftstoffinjektoren verwendet werden, da eine Abweichung der zylinderindividuellen Laufunruhe sowohl vom Luft- als auch Kraftstoffpfad herrühren kann, und somit keine eindeutige Lokalisierung des Fehlerortes gewährleistet ist.
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Bei beiden bekannten Verfahren werden Adaptionswerte für die Einspritzung in einzelne Zylinder ermittelt. Damit sind beide Verfahren zwar in der Lage, stetige Alterungserscheinungen zu korrigieren. Sie bieten jedoch keine Möglichkeit zur Diagnose eines schnell auftretenden Defekts eines Einspritzventils, da keine eindeutige Lokalisierung des Fehlerortes gewährleistet ist.
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Weiterhin sind aus
US 6,964,261 B2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffinjektors bekannt. Dabei wird während einer so genannten Nullkraftstoffbedingung eine Kraftstoffmenge eingespritzt. Ein der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechender Druckabfall in einem Kraftstoffrail wird festgestellt und eine Änderung der Motordrehzahl entsprechend der Kraftstoffeinspritzung bestimmt. Abhängig von dem Druckabfall im Rail und der entsprechenden Änderung der Motordrehzahl wird eine Anpassung der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt. Mit dem bekannten Verfahren können Alterungserscheinungen des Injektors festgestellt werden. Wiederum werden mit dem Verfahren jedoch aufgrund eines Defekts schnell auftretende Veränderungen des Einspritzventils nicht berücksichtigt.
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In der
DE 10 2006 023 468 B3 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors beschrieben. Um die Mengenabweichungen des eingespritzten Kraftstoffes aufgrund von Fertigungstoleranzen und Alterung zu verringern, wird vorgeschlagen, dass während einer Schubabschaltphase eines im Betrieb befindlichen Kraftfahrzeuges eine Testeinspritzung durchgeführt wird. Die Testeinspritzung wird für wenigstens ein individuelles Einspritzventil durchgeführt. Dabei wird das Kraftstoff-Rail eingangsseitig verschlossen und das ausgewählte Einspritzventil für eine definierte Zeit mit einem Sollwert für eine einzuspritzende Kraftstoffmenge angesteuert. Durch Messung einer Druckdifferenz im Kraftstoff-Rail vor und nach der Testeinspritzung kann eine Mengendifferenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert ermittelt werden. Daraus ergibt sich ein Korrekturfaktor mit dem die Ansteuerung für das ausgewählte Einspritzventil für nachfolgende Einspritzungen korrigiert wird.
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Der Erfindung liegt ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen insbesondere schnell auftretende Defekte eines Einspritzventils unabhängig von der Abgasanlagenkonfiguration der Brennkraftmaschine diagnostiziert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den Figuren.
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Für ein eingangs genanntes Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
- – in einer Schubabschaltephase der Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffzufuhr zur Kraftstoffverteilerleiste geschlossen,
- – nach dem Schließen der Kraftstoffzufuhr wird ein erster Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste gemessen,
- – nach der ersten Kraftstoffdruckmessung wird ein Einspritzventil für mindestens eine Testeinspritzung angesteuert,
- – nach der mindestens einen Testeinspritzung wird ein zweiter Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste gemessen,
- – aus dem ersten und dem zweiten gemessenen Kraftstoffdruck wird ein Differenzdruckwert gebildet,
- – aus dem Differenzdruckwert wird eine Abweichung eines Betriebsparameters von einem Referenzparameter bestimmt, und bei Überschreiten einer zuvor definierten Maximalabweichung des Betriebsparameters von dem Referenzparameter wird das Einspritzventil als defekt erkannt.
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Für die eingangs genannte Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist:
- – in einer Schubabschaltephase der Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffzufuhr zur Kraftstoffverteilerleiste zu schließen,
- – die Messeinrichtung so anzusteuern, dass diese nach dem Schließen der Kraftstoffzufuhr einen ersten Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste misst,
- – nach der ersten Kraftstoffdruckmessung ein Einspritzventil für mindestens eine Testeinspritzung anzusteuern,
- – die Druckmesseinrichtung so anzusteuern, dass diese nach der mindestens einen Testeinspritzung einen zweiten Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste misst,
- – aus dem ersten und dem zweiten gemessenen Kraftstoffdruck einen Differenzdruckwert zu bilden, und
- – aus dem Differenzdruckwert eine Abweichung eines Betriebsparameters von einem Referenzparameter zu bestimmen, und bei Überschreiten einer zuvor definierten Maximalabweichung des Betriebsparameters von dem Referenzparameter das Einspritzventil als defekt zu erkennen.
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Die Erfindung sieht also vor, eine Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck vor und nach einer Testeinspritzung zu bilden und auf Grundlage dieses Differenzdruckwerts eine Abweichung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine von einem Referenzparameter zu bestimmen. Zuvor wird eine maximal zulässige Abweichung des Betriebsparameters von dem Referenzparameter bestimmt. Sofern diese Maximalabweichung für das untersuchte Einspritzventil überschritten wird, wird das Einspritzventil als defekt gekennzeichnet. Erfindungsgemäß werden also insbesondere schnell auftretende Veränderungen der Spezifikation des Einspritzventils erkannt. Die Maximalabweichung kann dabei abhängig von den Anforderungen an die Stabilität der Einspritzventile gewählt werden. Erfindungsgemäß wird also bei unplausiblen Abweichungen des Betriebsparameters von dem Referenzparameter eine Defekterkennung ausgelöst.
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Defekterscheinungen wirken sich auf einzelne Einspritzventile aus und zeigen ein Verhalten, das von den stetigen Alterungserscheinungen der Einspritzventile stark abweicht. Eine Modellierung dieses unerwarteten Verhaltens ist nicht möglich. Mit Defekt sind in diesem Zusammenhang insbesondere schnell auftretende Veränderungen gemeint und keine stetigen Veränderungen, wie beispielsweise Alterungserscheinungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Möglichkeit zur Diagnose solcher Defekterscheinungen und starken Abweichungen zur normalen Alterung eines Einspritzventils dar. Bei Erkennung eines Einspritzventils als defekt können geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Durch einen gezielten Austausch des defekten Einspritzventils können Erhöhungen der Emission und eine Laufunruhe reduziert werden. Auch kann beispielsweise die Brennkraftmaschine in einen Notlaufbetrieb versetzt werden. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass die Brennkraftmaschine nur noch mit einer eingeschränkten Drehzahl betrieben werden kann.
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Erfindungsgemäß können anhand der Abweichung des Betriebsparameters von dem Referenzparameter auch Adaptionswerte berechnet werden, auf deren Grundlage die Ansteuerung des untersuchten Einspritzventils bei der nächsten Einspritzung adaptiert wird, um die Abweichung des Betriebsparameters auszugleichen. Sofern solche Adaptionswerte unplausibel sind, also insbesondere die Abweichung des Betriebs- von dem Referenzparameter die vordefinierte Maximalabweichung überschreitet, kann das Ventil als defekt diagnostiziert werden. Die vordefinierte Maximalabweichung kann beispielsweise anhand eines zuvor erstellten Kennfelds ermittelt werden.
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Die Testeinspritzung erfolgt erfindungsgemäß in der Schubabschaltephase der Brennkraftmaschine, da in dieser Phase die Einspritzventile im Normalfall nicht angesteuert werden. Durch die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zur Kraftstoffverteilerleiste wird der in der Verteilerleiste eingeschlossene Kraftstoff somit auf einem nahezu konstanten Niveau gehalten. Es ist dabei vorteilhaft, nach dem Schließen der Kraftstoffzufuhr vor der ersten Druckmessung und dem Beginn der Testeinspritzung eine Einschwingphase des Systems abzuwarten, so dass für die Testeinspritzung ein stabiler Zustand im Kraftstoffeinspritzsystem vorliegt.
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Die Brennkraftmaschine kann vorliegend eine Diesel- oder eine Benzinbrennkraftmaschine sein. Die Kraftstoffverteilerleiste (Rail) kann insbesondere ein Common-Rail sein. Bei der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Motorsteuergerät (ECU) handeln. Die Druckmesseinrichtung kann insbesondere ein an der Kraftstoffverteilerleiste angebrachter Drucksensor, insbesondere Hochdrucksensor sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann unabhängig von der Abgasanlagenkonfiguration der Brennkraftmaschine verwendet werden. Dabei ist aus rein physikalischer Sicht weder ein Lambdasensor noch ein Drehzahlsensor erforderlich.
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Erfindungsgemäß können insbesondere mehrere Betriebsparameter und mehrere Referenzparameter hinsichtlich ihrer Abweichung verglichen werden.
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Die Testeinspritzung kann insbesondere derart sein, dass keine Verbrennung des im Rahmen der Testeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erfolgt. Beispielsweise kann die eingespritzte Kraftstoffmenge zu gering für eine Verbrennung sein. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Vorwärmen eines Katalysators der Brennkraftmaschine erreicht werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Testeinspritzung zu einer Verbrennung des Kraftstoffgemisches führt, um erhöhte Abgaswerte aufgrund des nicht verbrannten Kraftstoffgemisches zu verhindern. Grundsätzlich kann es sich bei der Testeinspritzung beispielsweise um eine Vor- oder Nacheinspritzung oder eine Heizeinspritzung für einen Katalysator handeln.
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Als Ansteuerparameter für das zu untersuchende Einspritzventil kann insbesondere die Ansteuerzeit für den Injektor vorgegeben werden. In die Einspritzzeit gehen Einflüsse ein aus einer Lambdaregelung, von Zylinderbankgleichstellungsfunktionen sowie Nichtlinearitäten des Injektors. Sofern als Ansteuergröße für die Testeinspritzung also die Einspritzzeit vorgegeben wird, werden solche Einflüsse in vorteilhafter Weise automatisch mitberücksichtigt. Es ist aber auch denkbar, die Testeinspritzung durch eine Steuerung der Öffnungsweite des Injektors, der Ansteuerhöhe (Hub des Injektors) usw. zu beeinflussen.
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Selbstverständlich kann die Druckmesseinrichtung von der Steuereinrichtung auch zur Messung von mehr als zwei Druckwerten angesteuert werden. Insbesondere ist dann ein zeitlicher Druckverlauf messbar, aus dem wiederum der Druckdifferenzwert bestimmt werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Betriebsparameter der gebildete Differenzdruckwert ist und, dass der Referenzparameter ein Soll-Differenzdruckwert zwischen dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste vor und nach der Testeinspritzung ist. Mit dieser Ausgestaltung wird in besonders einfacher Weise ein zu untersuchender Betriebsparameter zur Verfügung gestellt, der mit einem zuvor definierten Soll-Differenzdruckwert verglichen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter eine aus dem Differenzdruckwert bestimmte, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ist und, dass der Referenzparameter eine bei der Testeinspritzung einzuspritzende Soll-Kraftstoffmenge ist. Sofern das Kraftstoffhochdrucksystem als weitgehend dicht gilt und das Kompressionsmodul des eingesetzten Kraftstoffes mit einer ausreichenden Genauigkeit bekannt ist, kann mit Hilfe der folgenden Gleichung aus dem ermittelten Differenzdruckwert eine absolute Kraftstoffmenge bestimmt werden, die mit der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzt wurde:
- ΔP:
- Differenzdruckwert
- B:
- Kompressionsmodul des Kraftstoffs
- α:
- Temperaturbedingter Volumenausdehnungskoeffizient
- ΔT:
- Temperaturänderung
- Δm:
- tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmasse
- ρ:
- Kraftstoffdichte
- V:
- Volumen des Kraftstoffverteilersystems.
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Mit dieser Ausgestaltung kann also direkt die bei der Testeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge mit der zugehörigen vorgegebenen Soll-Kraftstoffmenge verglichen werden und auf dieser Grundlage eine Diagnose des Einspritzventils erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass das Einspritzventil für mehrere Testeinspritzungen angesteuert wird, wobei für jede der Testeinspritzungen jeweils aus dem ersten und dem zweiten gemessenen Kraftstoffdruck ein Differenzdruckwert gebildet wird. Eine entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Einspritzventil für mehrere Testeinspritzungen anzusteuern, und für jede der Testeinspritzungen jeweils aus dem ersten und den zweiten gemessenen Kraftstoffdruck ein Differenzdruckwert zu bilden. Mit dieser Ausgestaltung kann die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der ermittelten Differenzdruckwerte erhöht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass zwischen den einzelnen Testeinspritzungen die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftstoffverteilerleiste bis zum erneuten Aufbau des Betriebsdrucks geöffnet wird und anschließend vor der nächsten Testeinspritzung in einer Schubabschaltephase wieder geschlossen wird. Es ist aber auch möglich, dass die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftstoffverteilerleiste zwischen den Testeinspritzungen geschlossen bleibt.
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Bei dieser Ausgestaltung werden also mehrere Testeinspritzungen durch ein Einspritzventil vorgenommen. Dazu ist in besonders bevorzugter Weise vorgesehen, dass der Betriebsparameter die Streuung der gebildeten Differenzdruckwerte ist und, dass der Referenzparameter eine Sollstreuung der Differenzdruckwerte ist. Die Sollstreuung kann insbesondere auch Null sein. Bei dieser Ausgestaltung wird eine bei einem Defekt des Einspritzventils auftretende Erhöhung der Streuung der gebildeten Differenzdruckwerte zur Diagnose genutzt, in dem bei Überschreiten einer vorher definierten Soll-Streuung ein Defekt des Einspritzventils diagnostiziert wird. Alternativ oder zusätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter die Streuung von aus den Differenzdruckwerten bestimmten, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen ist und, dass der Referenzparameter eine Soll-Streuung der Kraftstoffmengen ist.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens zwei Einspritzventile nacheinander für jeweils mindestens eine Testeinspritzung angesteuert werden, wobei für jedes der Einspritzventile jeweils aus dem ersten und zweiten gemessenen Kraftstoffdruck ein Differenzdruckwert gebildet wird. Entsprechend sieht eine Ausgestaltung der Vorrichtung vor, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mindestens zwei Einspritzventile nacheinander für jeweils mindestens eine Testeinspritzung anzusteuern, und für jedes der Einspritzventile jeweils aus dem ersten und zweiten gemessenen Kraftstoffdruck einen Differenzdruckwert zu bilden. Mit dieser Ausgestaltung ist es beispielsweise möglich, mehrere Einspritzventile nacheinander zu untersuchen. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung eine Fehlerdiagnose eines Einspritzventils aufgrund einer relativen Abweichung dieses Einspritzventils zu einem anderen Einspritzventil. Dies kann insbesondere bei einer geringen Leckage im Kraftstoffhochdrucksystem oder bei einer Ungenauigkeit in der Bestimmung des Kompressionsmoduls des Kraftstoffes und damit einer nur ungenau möglichen absoluten Berechnung einer eingespritzten Kraftstoffmenge vorteilhaft sein.
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Wiederum kann auch bei mehreren für Testeinspritzungen angesteuerten Ventilen zwischen den einzelnen Testeinspritzungen die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftstoffverteilerleiste bis zum Aufbau des Betriebsdrucks geöffnet werden und für die anschließende Testeinspritzung in der Schubabschaltephase wieder geschlossen werden. Es ist dabei ebenfalls wiederum möglich, die Kraftstoffzufuhr zwischen einzelnen Testeinspritzungen geschlossen zu halten. In besonders vorteilhafter Weise kann dabei vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter der für das erste Einspritzventil gebildete Differenzdruckwert ist und, dass der Referenzparameter der für das zweite Einspritzventil gebildete Differenzdruckwert ist. Es ist aber auch denkbar, dass alternativ oder zusätzlich der Betriebsparameter eine für das erste Einspritzventil aus dem jeweiligen Differenzdruckwert bestimmte, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ist und, dass der Referenzparameter eine das zweite Einspritzventil aus dem jeweiligen Differenzdruckwert bestimmte, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass jedes der mindestens zwei Einspritzventile für mehrere Testeinspritzungen angesteuert wird, wobei für jede der Testeinspritzungen jeweils aus dem ersten und zweiten gemessenen Kraftstoffdruck ein Differenzdruckwert gebildet wird. Entsprechend sieht eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung vor, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, jedes der mindestens zwei Einspritzventile für mehrere Testeinspritzungen anzusteuern, und für jede der Testeinspritzungen jeweils aus dem ersten und zweiten gemessenen Kraftstoffdruck ein Differenzdruckwert zu bilden. Mit dieser Ausgestaltung kann wiederum die Aussagekraft der ermittelten Differenzdruckwerte der mindestens zwei Einspritzventile erhöht werden.
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Dabei kann wiederum vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter die Streuung der für das erste Einspritzventil gebildeten Differenzdruckwerte ist und, dass der Referenzparameter die Streuung der für das zweite Einspritzventil gebildeten Differenzdruckwerte ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter die Streuung von für das erste Einspritzventil aus den Differenzdruckwerten bestimmten, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge ist und, dass der Referenzparameter die Streuung von für das zweite Einspritzventil aus den Differenzdruckwerten bestimmten, bei der Testeinspritzung tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen ist.
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Sofern mehrere Ventile für Testeinspritzungen angesteuert werden, können natürlich insbesondere mehr als zwei Einspritzventile angesteuert werden. In diesem Fall kann der Referenzparameter beispielsweise ein Mittelwert der Differenzdruckwerte oder der aus den Differenzdruckwerten bestimmten tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen oder bei mehreren Ansteuerungen jedes Ventils der Streuungen der Differenzdruckwerte oder der eingespritzten Kraftstoffmengen für die weiteren angesteuerten Einspritzventile, also insbesondere das zweite, dritte, vierte usw. Einspritzventil sein.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine besonders zuverlässige Defekterkennung erfolgt, wenn die Maximalabweichung mindestens 25%, bevorzugt mindestens 50% beträgt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 ein Kraftstoffverteilersystem einer Brennkraftmaschine,
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2 einen zeitlichen Druckverlauf in dem in 1 dargestellten Kraftstoffverteilersystem bei einer erfindungsgemäßen Testeinspritzung eines Kraftstoffventils, und
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3 ein Diagramm mit verschiedenen erfindungsgemäß gemessenen Differenzdruckwerten.
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Das in 1 dargestellte Kraftstoffhochdrucksystem weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1 auf. Mit der Hochdruckpumpe 1 ist ein Mengensteuerventil 2 verbunden, welches von der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 zur Verfügung gestellten Kraftstoff über eine Zuleitung 3 einer Kraftstoffverteilerleiste 4 zuführt. Mit der Kraftstoffverteilerleiste 4 verbunden sind mehrere Einspritzventile 5. Zur Versorgung der Einspritzventile 5 mit Kraftstoff weist jedes Einspritzventil 5 eine mit der Kraftstoffverteilerleiste 4 verbundene Einspritzventilzuleitung 6 auf. Weiterhin ist als Druckmesseinrichtung ein Drucksensor 7, im dargestellten Beispiel ein Hochdrucksensor 7 gezeigt. Mit dem Drucksensor 7 kann der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 gemessen werden. Zur Ansteuerung der Einspritzventile 5 sowie zur Steuerung weiterer Größen des Kraftstoffhochdrucksystems ist eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung (ECU) vorgesehen.
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Die Steuereinrichtung ist dazu vorgesehen, in einer Schubabschaltephase der Brennkraftmaschine, vorliegend eine Ottobrennkraftmaschine, die Kraftstoffzufuhr zur Kraftstoffverteilerleiste 4 über das Mengensteuerventil 2 zu schließen. Anschließend wird eine Einschwingphase des Kraftstoffhochdrucksystems abgewartet, bis ein stabiler Zustand in dem System vorliegt. Der in der Kraftstoffverteilerleiste 4 eingeschlossene Kraftstoff wird somit auf einem praktisch konstanten Druckniveau gehalten. Sobald der stabile Zustand vorliegt, wird der Drucksensor 7 von der Steuereinrichtung angesteuert, einen ersten Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 zu messen. Dieser erste Druckwert wird in der Steuereinrichtung gespeichert.
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Anschließend wird von der Steuereinrichtung ein zu diagnostizierendes Einspritzventil 5 für eine Testeinspritzung angesteuert. Dazu wird von der Steuereinrichtung eine Einspritzzeit für die Testeinspritzung vorgegeben. In dem dargestellten Beispiel ist die Einspritzzeit dabei so kurz gewählt, dass eine derart geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird, dass es nicht zu einer Verbrennung der Kraftstoffmenge kommt.
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Nach der Testeinspritzung wird der Drucksensor 7 von der Steuereinrichtung derart angesteuert, dass ein zweiter Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 von dem Drucksensor 7 gemessen wird. Dieser gemessene Druck wird ebenfalls in der Steuereinrichtung gespeichert.
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Die Steuereinrichtung kann den Drucksensor 7 auch zu mehr als zwei Druckmessungen, insbesondere einer Vielzahl von Druckmessungen, ansteuern. Auf diese Weise kann ein zeitlicher Druckverlauf gemessen werden. Ein solcher zeitlicher Druckverlauf in der Kraftstoffverteilerleiste 4 während der Testeinspritzung ist in dem in 2 gezeigten Diagramm dargestellt. In dem Diagramm ist auf der X-Achse die Zeit in Sekunden aufgetragen und auf der Y-Achse der Druck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 in Hektopascal.
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Dabei wurde zum Zeitpunkt von etwa 7,5 s die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftstoffverteilerleiste geschlossen. Es ist zu erkennen, dass der Druck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 daraufhin abgesehen von betriebsbedingten Fluktuationen im Wesentlichen konstant bleibt. Sei etwa 9 s wurde ein zu diagnostizierendes Einspritzventil 5 für eine Testeinspritzung angesteuert. Entsprechend ist in dem Diagramm ein starker Abfall des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste 4 zu erkennen. Nach dem Ende der Testeinspritzung, etwa bei 9,2 s, verbleibt der Kraftstoffdruck wiederum bis auf betriebsbedingte Fluktuationen im Wesentlichen auf dem nach der Testeinspritzung niedrigeren Druckniveau.
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Aus dem ersten und dem zweiten gemessenen Kraftstoffdruck direkt vor und nach der Testeinspritzung wird von der Steuereinrichtung ein Differenzdruckwert ΔP gebildet. Dieser ist in 2 eingezeichnet.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der so gebildete Differenzdruckwert ΔP als Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gewählt werden und mit einem zu der zugehörigen Testeinspritzung zuvor definierten Soll-Differenzdruckwert zwischen dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 4 vor und nach der Testeinspritzung verglichen werden. Der Soll-Differenzdruckwert wird dabei insbesondere anhand der vorgegebenen Einspritzzeit für die Testeinspritzung bestimmt. Dazu kann zuvor ein entsprechendes Kennfeld erstellt worden sein. Anschließend kann eine Abweichung zwischen dem gebildeten Differenzdruckwert und dem Soll-Differenzdruckwert bestimmt werden und bei Überschreiten einer im Voraus definierten Maximalabweichung, im dargestellten Beispiel 50%, ein Defekt des angesteuerten Einspritzventils 5 diagnostiziert werden.
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In 3 ist zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ein Diagramm dargestellt. Dabei ist auf der X-Achse die Einspritzzeit TI_1_MES in Millisekunden angegeben, mit der verschiedene Einspritzventile 5 im Rahmen von Testeinspritzungen angesteuert werden. Die Einspritzventile 5 sind in dem Diagramm in 3 mit den Nummern 0 bis 7 bezeichnet, wobei den unterschiedlichen Einspritzventilen die unterschiedlichen, in 3 am rechten Rand des Diagramms dargestellten Symbole zugeordnet sind. So ist dem Einspritzventil mit der Nummer 0 beispielsweise ein rautenförmiges Symbol zugeordnet, dem Einspritzventil mit der Nummer 2 ein Quadrat usw.
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Auf der Y-Achse des Diagramms in 3 ist der für die unterschiedlichen Einspritzventile gemessene Differenzdruckwert ΔP zwischen dem vor und nach der jeweiligen Testeinspritzug in der Kraftstoffverteilerleiste 4 gemessenen Kraftstoffdruck in Hektopascal dargestellt. In dem dargestellten Beispiel wurden die Einspritzventile nacheinander mit zehn unterschiedlichen Einspritzzeiten für Testeinspritzungen angesteuert. Dabei wurde jedes der acht Einspritzventile für mehrere Testeinspritzungen angesteuert, im dargestellten Beispiel zehn Testeinspritzungen, wobei für jede der Testeinspritzungen jedes der Einspritzventile jeweils aus dem ersten und dem zweiten gemessenen Kraftstoffdruck vor und nach der Testeinspritzung ein Differenzdruckwert ΔP gebildet wurde. Diese Differenzdruckwerte ΔP pro Einspritzung der unterschiedlichen Einspritzventile sind in dem Diagramm in 3 dargestellt.
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Als Betriebsparameter wurde in dem dargestellten Beispiel die Streuung der zu einer Einspritzzeit und zu einem Einspritzventil ermittelten Differenzdruckwerte ΔP berechnet. Als Referenzparameter wurde in dem dargestellten Beispiel zuvor eine Sollstreuung der Differenzdruckwerte festgelegt. In dem dargestellten Beispiel betrug die Sollstreuung Null. Der in 3 mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnete Bereich des Diagramms zeigt eine überhöhte Streuung des Differenzdruckwerts für das Ventil mit der Nummer 0 (rautenförmige Messpunkte in 3). Diese überhöhte Streuung des Ventils mit der Nr. 0 hat in dem dargestellten Beispiel eine zuvor definierte Maximalabweichung von der Sollstreuung der Differenzdruckwerte überschritten. Entsprechend wurde in dem dargestellten Beispiel das Ventil mit der Nr. 0 als defekt erkannt.
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Die gemäß den 2 und 3 als defekt erkannten Ventile können somit ausgetauscht werden, um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Ebenso können geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden, wie beispielsweise das Versetzen der Brennkraftmaschine in einen Notlaufbetrieb bzw. eine Drehzahlbeschränkung der Brennkraftmaschine.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit insbesondere schnell und damit überraschend auftretende Defekte einzelner Einspritzventile erkannt werden und geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Das Verfahren und die Vorrichtung sind dabei unabhängig von einer Abgasanlagenkonfiguration der Brennkraftmaschine.
