DE102015203246A1

DE102015203246A1 - Verfahren und system zum charakterisieren einer kraftstoffkanaleinspritzdüse

Info

Publication number: DE102015203246A1
Application number: DE102015203246.9A
Authority: DE
Inventors: Ross Dykstra Pursifull; Joseph Lyle Thomas; Gopichandra Surnilla; Daniel Dusa
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: CN104879257B; RU2015106355A3; MX2015002533A; MX341818B; US9334824B2; DE102015203246B4; RU2676565C2; CN104879257A; RU2015106355A; US20150240739A1

Abstract

Es werden verschiedene Systeme und Verfahren zum Eichen einer Kanaleinspritzdüse einer Kraftmaschine mit gemeinsamem Kraftstoff und einer Doppeleinspritzdüse pro Zylinder beschrieben, die einen ersten und einen zweiten Kraftstoffverteiler und eine erste und eine zweite Kraftstoffpumpe enthält. In einem Beispiel wird nach dem Unter-Druck-Setzen beider Kraftstoffverteiler und dem gleichzeitigen Aussetzen des Betriebs der beiden Pumpen ein einzelner Zylinder durch eine Kanaleinspritzdüse mit Kraftstoff beaufschlagt, während die verbleibenden Zylinder über ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Die Kraftstoffverteiler-Druckabfälle werden in dem an die Kanaleinspritzdüse gekoppelten Verteiler gemessen und mit der Kanaleinspritzdüsenleistung korreliert.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das Diagnostizieren der Variabilität der Kraftstoff-Kanaleinspritzdüsen in einer Kraftmaschine, die mit Kanal- und Direkteinspritzung des Kraftstoffs in jeden Zylinder konfiguriert ist.
Kraftstoffeinspritzdüsen besitzen z. B. aufgrund der unvollkommenen Herstellungsprozess und/oder der Einspritzdüsenalterung oft eine Variabilität von Stück zu Stück und von Zeit zu Zeit. Mit der Zeit kann sich die Einspritzdüsenleistung verschlechtern (die Einspritzdüse wird z. B. verstopft), was die Einspritzdüsenvariabilität von Stück zu Stück weiter vergrößern kann. Im Ergebnis kann die in jeden Zylinder einer Kraftmaschine eingespritzte tatsächliche Kraftstoffmenge nicht die Sollmenge sein, wobei sich der Unterschied zwischen der tatsächlichen und der Sollmenge zwischen den Einspritzdüsen ändern kann. Derartige Diskrepanzen können zu einer verringerten Kraftstoffwirtschaftlichkeit, erhöhten Auspuffendrohremissionen und einer Gesamtabnahme des Kraftmaschinenwirkungsgrades führen. Ferner können Kraftmaschinen, die mit einem Doppeleinspritzdüsensystem arbeiten, wie z. B. eine Kombination aus Kraftstoff-Kanaleinspritz-(PFI) und Direkteinspritz-(DI)Systemen, sogar noch mehr Einspritzdüsen (z.B. zweimal so viele) besitzen, was zu einer größeren Möglichkeit eine Abnahme der Kraftmaschinenleistung aufgrund der Einspritzdüsenverschlechterung führt.
Ein beispielhaftes Diagnoseverfahren ist durch Pursifull in US 8.118.006 gezeigt, bei dem die Direkteinspritzdüsenvariabilität in einer Zweistoff-Kraftmaschine durch das Isolieren einer Kraftstoffeinspritzdüse auf einmal bewertet werden kann. Darin wird das Pumpen eines zweiten Kraftstoffs in einen zweiten Kraftstoffverteiler ausgesetzt, während ein erster, anderer Kraftstoff in alle außer einem einzelnen Zylinder der Kraftmaschine direkt eingespritzt wird. Während das Pumpen in den zweiten Kraftstoffverteiler ausgesetzt ist, wird der zweite Kraftstoff in den einzelnen Zylinder über die Einspritzdüse, die geeicht wird, direkt eingespritzt, wobei eine Druckabnahme in dem zweiten Kraftstoffverteiler mit dem Zustand der Direkteinspritze korreliert wird. Spezifisch wird, falls der gemessene Druckabfall höher oder niedriger als eine erwartete Abnahme des Drucks ist, eine Direkteinspritzdüsen-Fehlfunktion aufgrund von Problemen, wie z. B. des Verstopfens der Einspritzdüse, der Undichtigkeit der Einspritzdüse und/oder eines vollständigen Ausfalls der Einspritzdüse, festgestellt. Diese Herangehensweise als solche ermöglicht, dass die Wirkung einer einzelnen Einspritzdüse isoliert und bewertet wird.
Die Erfinder haben hier ein potentielles Problem bei der obigen Herangehensweise identifiziert. Spezifisch kann die Herangehensweise nach Pursifull nicht anwendbar sein, um eine Kanaleinspritzdüse zuverlässig zu diagnostizieren. Das Verfahren nach Pursifull diagnostiziert Direkteinspritzdüsen in einem Zweistoffsystem, in dem jeder Kraftstoffverteiler an eine separate Saugpumpe, eine separate Hochdruckpumpe und einen separaten Kraftstofftank gekoppelt ist und in dem jeder Kraftstoffverteiler unabhängig unter Druck gesetzt und mit Kraftstoff versorgt werden kann. Um eine gegebene Direkteinspritzdüse zu diagnostizieren, wird die Hochdruckpumpe des entsprechenden Kraftstoffverteilers gesperrt, während der Betrieb der Saugpumpe aufrechterhalten wird. Selbst wenn Kanaleinspritzdüsen in dem System nach Pursifull vorhanden wären, würde folglich die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs durch das Sperren der Hochdruckpumpe nicht beeinflusst. Um eine Kanaleinspritzdüse zu diagnostizieren, sollte jedoch der an die Kanaleinspritzdüse gekoppelte Kraftstoffverteiler während das Messfensters keinen Kraftstoff empfangen oder ausgeben, um störende Physik von dem Messergebnis zu verringern. Dies würde das Aussetzen des Betriebs der Saugpumpe erfordern, um die Kanaleinspritzdüse zu diagnostizieren. Weil jedoch die Saugpumpe Kraftstoff für das weitere Unter-Druck-Setzen der Hochdruckpumpe zuführt, könnte das Sperren der Saugpumpe den Betrieb der Hochdruckpumpe und dadurch die Kraftstoffbeaufschlagung der Zylinder über die Direkteinspritzdüsen negativ beeinflussen. Im Ergebnis kann eine Kanaleinspritzdüse nicht berührungsfrei diagnostiziert werden.
Die Erfinder haben hier erkannt, dass ungleich zu dem Saugpumpensystem, in dem der Kraftstoff aufgrund eines inkompressiblen Fluids innerhalb einer nachgiebigen Leitung unter Druck gesetzt wird, das Hochdruckpumpensystem effektiv starr ist, wie es für ein Hochdruck-Kraftstoffsystem geeignet ist. Die Speicherung des Kraftstoffdrucks in dem Hochdrucksystem ist dem Kompressionsmodul des Kraftstoffs zuzuschreiben. Mit anderen Worten, die Dichte des Kraftstoffs wird erhöht, um den gespeicherten Kraftstoff in dem Verteiler zu erhöhen, wobei diese Zunahme der Dichte über den Kraftstoffverteilerdruck abgetastet wird. Falls der Kraftstoffverteilerdruck des an die Direkteinspritzdüsen gekoppelten Kraftstoffverteilers ausreichend hoch (z. B. auf einen maximalen zulässigen Pegel) gesetzt ist, kann folglich die Hochdruckpumpe vorübergehend ausgeschaltet werden, selbst während die Direkteinspritzdüsen Kraftstoff der Kraftmaschine zuführen. Folglich wird in einer beispielhaften Herangehensweise ein Verfahren zum Bewerten der Leistung einer Kanaleinspritzdüse in einem Doppeleinspritzdüsen-Einstoffsystem, das einen ersten und einen zweiten Kraftstoffverteiler enthält, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Unter-Druck-Setzen eines ersten Kraftstoffverteilers sowohl mit einer ersten als auch mit einer zweiten Pumpe, das Unter-Druck-Setzen eines zweiten Kraftstoffverteilers nur mit der ersten Pumpe und nach dem gleichzeitigen Aussetzen des Betriebs beider Pumpen das Einspritzen eines gemeinsamen Kraftstoffs über eine einzelne Kanaleinspritzdüse, die an den zweiten Kraftstoffverteiler gekoppelt ist, in einen einzelnen Zylinder und das Korrelieren der Druckabfälle in dem zweiten Kraftstoffverteiler mit dem Einspritzdüsenbetrieb. In dieser Weise kann eine Kanaleinspritzdüse isoliert und diagnostiziert werden, ohne die Kraftstoffeinspritzung über eine Direkteinspritzdüse zu beeinflussen.
In einem Beispiel kann eine elektronische rückführungslose Saugpumpe innerhalb eines Kraftstofftanks mit einer vollen Spannung gepulst werden, um den Kraftstoff auf einen Schwellendruck (z. B. einen maximalen Druck) innerhalb des Kraftstoffsystems, das einen an die Kanaleinspritzdüsen gekoppelten Niederdruckverteiler enthält, unter Druck zu setzen. Eine an einen Hochdruck-Kraftstoffverteiler und die Direkteinspritzdüsen gekoppelte Hochdruckpumpe kann dann betrieben werden, um den Kraftstoffverteilerdruck auf einen Schwellendruck (z. B. einen Maximaldruck) zu erhöhen. Danach kann der Betrieb beider Pumpen z. B. gleichzeitig ausgesetzt werden. Dann kann die Kanaleinspritzdüse eines einzelnen Zylinders durch die Kraftstoffbeaufschlagung über die Kanaleinspritzdüse diagnostiziert werden, während die verbleibenden Zylinder über ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Nach jeder Kanaleinspritzung kann eine Druckabnahme in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Kanaleinspritzdüse gekoppelt ist, gemessen und mit einem vorgegebenen Wert verglichen werden. Jede Abweichung des gemessenen Druckabfalls kann mit dem Zustand der Einspritzdüse korreliert werden.
Außerdem kann eine Änderung im Hochdruck-Kraftstoffverteiler überwacht werden. Falls der Hochdruck-Kraftstoffverteiler unter einen Schwellendruck fällt (wie z. B. einen minimalen Druck, der erforderlich ist, um den Einspritzanforderungen zu entsprechen), kann die Kanaleinspritzdüsen-Diagnose vorübergehend gesperrt werden. Aufgrund der relativ schnelleren Ableitung des Drucks aus dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler aufgrund der Direkteinspritzung mehrerer Einspritzdüsen (gegen die Kanaleinspritzung zu einer einzelnen Kanaleinspritzdüse während der Kanaleinspritzdüsendiagnose) kann es sein, dass die Saugpumpe und die Hochdruckpumpe als solche intermittierend erneut freigegeben werden müssen. Sowohl die Saugpumpe als auch die Hochdruck-Kraftstoffpumpen können dann betrieben werden, um die Kraftstoffverteiler zu ihren jeweiligen Schwellendrücken zurückzuführen, wobei danach die Kanaleinspritzdüsendiagnose wiederaufgenommen werden kann. Die Kraftstoffeinspritzung über die Kanaleinspritzdüse kann anschließend mit einer Korrektur ausgeführt werden, die während der Charakterisierung der Kanaleinspritzdüse in Erfahrung gebracht worden ist.
In dieser Weise kann eine Kanaleinspritzdüse in einem Einstoffsystem, das ferner eine Direkteinspritzdüse in jeden Zylinder enthält, isoliert werden, wobei die Druckabfälle in einem Niederdruck-Kraftstoffverteiler mit der Kanaleinspritzdüsenverschlechterung korreliert werden können. Durch das gleichzeitige Unter-Druck-Setzen eines Hochdruck-Kraftstoffverteilers, der an die Direkteinspritzdüsen der Zylinder gekoppelt ist, kann der Kompressionsmodul des Kraftstoffs vorteilhaft verwendet werden, um den Druck in dem Kraftstoffverteiler aufrechtzuerhalten, wobei die Direkteinspritzdüsen den Kraftstoff der Kraftmaschine zuführen können, selbst wenn eine Saugpumpe und eine Hochdruckpumpe stillgelegt sind. Durch das Aussetzen des Betriebs der Saugpumpe kann in dem Niederdruck-Installationssystem ein Steuervolumen vorhanden sein, so dass irgendein Druckabfall in diesem System der einzelnen Kanaleinspritzdüse, die diagnostiziert wird, zugeordnet werden kann. Durch das periodische Sperren der Kanaleinspritzdüsendiagnose, um den Hochdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend erneut unter Druck zu setzen, kann die Kraftstoff-Direkteinspritzung der Zylinder fortgesetzt werden, wenn die Diagnose wiederaufgenommen wird, ohne irgendeine Kraftstoffpumpe zu betreiben. Folglich kann die Variabilität von Einspritzdüse zu Einspritzdüse unter den Kanaleinspritzdüsen in einer berührungsfreien Weise bei eingeschalteter Kraftmaschine gemessen werden, ohne den Kraftmaschinenbetrieb signifikant zu beeinflussen. Die einzelnen Einspritzdüsen können diagnostiziert werden, wobei die Variationen der Kraftstoffeinspritzung korrigiert werden können, wobei folglich die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionen verbessert werden. Indem eine einzelne Kanaleinspritzdüse auf einmal diagnostiziert wird, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis pro Zylinder einzeln eingestellt werden, was zu einer verbesserten Kraftmaschinensteuerung führt, wobei alle Zylinder mit einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis arbeiten.
Diese Herangehensweise als solche kann außerdem auf Systeme mit gasförmigem Kraftstoff angewendet werden. In Systemen mit gasförmigem Kraftstoff kann es jedoch gleichzeitig mit dem Druckabfall einen Temperaturabfall geben, der kompensiert werden muss. Außerdem kann es sein, dass die Herangehensweise in Anbetracht dessen, dass die Installation für den gasförmigen Kraftstoff anstelle einer Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffabsperr-Solenoidventil aufweist, modifiziert werden muss.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
1 stellt eine schematische graphische Darstellung einer Kraftmaschine dar.
2 stellt eine schematische graphische Darstellung eines Doppeleinspritzdüsen-Einstoffsystems dar, das an die Kraftmaschine nach 1 gekoppelt ist.
3 ist ein beispielhafter Ablaufplan, der eine Routine veranschaulicht, die basierend auf ausgewählten Bedingungen die Notwendigkeit eines Einspritzdüsen-Eichereignisses bestätigt und es ausführt.
4 stellt einen Ablaufplan dar, der eine beispielhafte Diagnoseroutine für Kraftstoff-Kanaleinspritzdüsen demonstriert.
5 zeigt einen Ablaufplan, der eine beispielhafte Korrelation zwischen dem Kraftstoffdruckabfall und dem Kanaleinspritzdüsenbetrieb darstellt.
6A und 6B zeigen eine beispielhafte Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung bzw. eine Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks während einer Diagnoseroutine.
7 demonstriert einen beispielhaften Kanaleinspritzdüsen-Charakterisierungsprozess, der abgeschlossen wird.
8 demonstriert einen beispielhaften Kanaleinspritzdüsen-Charakterisierungsprozess, der aufgrund von Druckänderungen in einem Hochdruck-Kraftstoffverteiler gesperrt wird und der anschließend erneut eingeleitet wird.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Charakterisieren einer Kanaleinspritzdüse in einem Doppeleinspritzdüsen-Einstoff-Kraftmaschinensystem, wie z. B. dem System nach den 1–2, das einen ersten und einen zweiten Kraftstoffverteiler und eine erste und eine zweite Kraftstoffpumpe enthält, wie in 2 gezeigt ist. Ein beispielhaftes Kraftmaschinensystem mit zwei Kraftstoffeinspritzdüsen pro Zylinder, einschließlich einer Kanaleinspritzdüse und einer Direkteinspritzdüse, ist in den 1–2 gezeigt. Ein Controller kann dafür ausgelegt sein, Steuerroutinen auszuführen, um die Notwendigkeit für die Einspritzdüseneichung zu bestätigen, eine Kraftstoffeinspritzdüse zu diagnostizieren, während der Kraftmaschinenbetrieb aufrechterhalten wird, und einen gemessenen Kraftstoffverteiler-Druckabfall mit dem Einspritzdüsenbetrieb zu korrelieren, wie z. B. jeweils in den beispielhaften Routinen nach den 3–5 gezeigt ist. Nachdem sowohl ein Niederdruck- als auch ein Hochdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend unter Druck gesetzt worden sind, kann eine Kanaleinspritzdüse in einem einzelnen Zylinder diagnostiziert werden, während die verbleibenden Kraftmaschinenzylinder durch ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Da der einzelne Zylinder durch Kanaleinspritzung mit Kraftstoff beaufschlagt wird, kann ein Druckabfall in dem entsprechenden Kraftstoffverteiler überwacht werden, um den Zustand der Kanaleinspritzdüse einzuschätzen, wie in den 6A und 6B gezeigt ist. Ein Hochdruck-Kraftstoffverteiler kann während der Diagnose durch das Sperren der Kanaleinspritzdüsen-Diagnoseroutine und das erneute Unter-Druck-Setzen des Hochdruck-Kraftstoffverteilers, so oft wie es erforderlich ist, über einem Schwellenwert aufrechterhalten werden. Beispielhafte Einspritzdüsen-Diagnoseoperationen sind in den 7–8 gezeigt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 10 mit Funkenzündung mit einem Doppeleinspritzdüsensystem, wobei die Kraftmaschine 10 sowohl die Kraftstoffdirekt- als auch die Kraftstoffkanaleinspritzung besitzt. Die Kraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder 30 (der außerdem als eine Verbrennungskammer 30 bekannt ist) in 1 gezeigt ist. Es ist gezeigt, dass der Zylinder 30 der Kraftmaschine 10 Verbrennungskammerwände 32 enthält, in denen ein Kolben 36 positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein (nicht gezeigter) Startermotor kann über ein (nicht gezeigtes) Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein oder es kann alternativ das direkte Starten der Kraftmaschine verwendet werden.
Es ist gezeigt, dass die Verbrennungskammer 30 über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 43 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung steht. Außerdem ist der Einlasskrümmer 43 mit einer Drosselklappe 64 gezeigt, die eine Position einer Drosselklappenplatte 61 einstellt, um die Luftströmung vom Einlasskanal 42 zu steuern.
Das Einlassventil 52 kann durch den Controller 12 über einen Aktuator 152 gesteuert sein. Ähnlich kann das Auslassventil 54 durch den Controller 12 über einen Aktuator 154 aktiviert werden. Während einiger Bedingungen kann der Controller 12 die den Aktuatoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und das Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Positionen des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 können durch jeweilige (nicht gezeigte) Ventilpositionssensoren bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können der elektrische Ventilbetätigungstyp oder der Nockenbetätigungstyp oder eine Kombination daraus sein. Die Zeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile kann gleichzeitig gesteuert sein oder es kann irgendeine von einer Möglichkeit der variablen Einlassnocken-Zeitsteuerung, der variablen Auslassnocken-Zeitsteuerung, der doppelt unabhängigen variablen Nockenzeitsteuerung oder der festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken enthalten und kann ein Nockenkurvenschaltsystem (CPS-System) und/oder ein System mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT-System) und/oder ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung (VVT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL-System) verwenden, die durch den Controller 12 betätigt sein können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Der Zylinder 30 kann z. B. alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, die das CPS und/oder die VCT enthält, gesteuertes Auslassventil enthalten. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem oder ein Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem mit variabler Zeitsteuerung gesteuert sein.
In einer weiteren Ausführungsform können vier Ventile pro Zylinder verwendet werden. In einem noch weiteren Beispiel können zwei Einlassventile und ein Auslassventil pro Zylinder verwendet werden.
Die Verbrennungskammer 30 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis der Volumina ist, wenn sich der Kolben 36 an der unteren Mitte befindet, bis zur oberen Mitte. In einem Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis etwa 9:1 betragen. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis vergrößert sein. Es kann z. B. zwischen 10:1 und 11:1 oder 11:1 und 12:1 liegen oder größer sein.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Zylinder 30 zwei Kraftstoffeinspritzdüsen 66 und 67. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 67 direkt an die Verbrennungskammer 30 gekoppelt ist, um den direkt darin eingespritzten Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des über einen elektronischen Treiber 68 vom Controller 12 empfangenen Signals DFPW zuzuführen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoff-Direkteinspritzdüse 67 das bereit, was als Direkteinspritzung (die im Folgenden als "DI" bezeichnet wird) des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer 30 bekannt ist. Während 1 die Einspritzdüse 67 als eine Seiteneinspritzdüse zeigt, kann sie sich außerdem über dem Kolben, z. B. in der Nähe der Position der Zündkerze 91, befinden. Eine derartige Position kann die Mischung und die Verbrennung aufgrund der geringeren Flüchtigkeit einiger Kraftstoffe auf Alkoholbasis verbessern. Alternativ kann sich die Einspritzdüse über dem und in der Nähe des Einlassventils befinden, um die Mischung zu verbessern.
Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 66 in einer Konfiguration, die das bereitstellt, was als die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs (die im Folgenden als "PFI" bezeichnet wird) in die Einlassöffnung stromaufwärts des Zylinders 30 anstatt direkt in den Zylinder 30 bekannt ist, im Einlasskrümmer 43 angeordnet ist. Die Kraftstoff-Kanaleinspritzdüse 66 führt den eingespritzten Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines über einen elektronischen Treiber 69 vom Controller 12 empfangenen Signals PFPW zu.
Der Kraftstoff kann durch ein Hochdruck-Kraftstoffsystem 200, das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler enthält (die in 2 ausgearbeitet sind), den Kraftstoffeinspritzdüsen 66 und 67 zugeführt werden. Ferner können der Kraftstofftank und die Kraftstoffverteiler jeder einen Drucksensor besitzen, der dem Controller 12 ein Signal bereitstellt, wie in 2 gezeigt ist.
Die Abgase strömen durch den Auslasskrümmer 48 in eine Abgasreinigungsvorrichtung 70, die in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine enthalten kann. In einem weiteren Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
Es ist gezeigt, dass der Abgassensor 76 stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 70 an den Auslasskrümmer 48 gekoppelt ist, (wobei der Sensor 76 verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entsprechen kann). Der Sensor 76 kann z. B. irgendeiner von vielen bekannten Sensoren sein, um eine Angabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor, ein UEGO-, ein Zweizustands-Sauerstoffsensor, ein EGO-, ein HEGO- oder ein HC- oder CO-Sensor. In diesem speziellen Beispiel ist der Sensor 76 ein Zweizustands-Sauerstoffsensor, der ein Signal EGO dem Controller 12 bereitstellt, der das Signal EGO in ein Zweizustandssignal EGOS umsetzt. Ein hoher Spannungszustand des Signals EGOS gibt Abgase an, die fetter als die Stöchiometrie sind, während ein tiefer Spannungszustand des Signals EGOS Abgase angibt, die magerer als die Stöchiometrie sind. Das Signal EGOS kann während der Luft-/Kraftstoff-Regelung vorteilhaft verwendet werden, um während eines stöchiometrischen homogenen Betriebsmodus das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Stöchiometrie aufrechtzuerhalten. Ein einzelner Abgassensor kann 1, 2, 3, 4, 5 oder einer anderen Anzahl von Zylindern dienen.
Das verteilerlose Zündsystem 88 stellt in Reaktion auf ein Zündvorstellungssignal SA vom Controller 12 über eine Zündkerze 91 der Verbrennungskammer 30 einen Zündfunken bereit.
Der Controller 12 kann durch das Steuern der Einspritzzeitsteuerung, der Einspritzmengen, der Sprühmuster usw. verursachen, dass die Verbrennungskammer 30 in verschiedenen Verbrennungsmodi arbeitet, einschließlich eines homogenen Luft/Kraftstoff-Modus und eines geschichteten Luft/Kraftstoff-Modus. Ferner können in der Kammer kombinierte geschichtete und homogene Gemische gebildet werden. In einem Beispiel können geschichtete Schichten durch das Betreiben der Einspritzdüse 66 während eines Verdichtungstakts gebildet werden. In einem weiteren Beispiel kann ein homogenes Gemisch durch das Betreiben einer oder beider der Einspritzdüsen 66 und 67 während eines Einlasstakts gebildet werden, (was eine Einspritzung bei offenem Ventil sein kann). In einem noch weiteren Beispiel kann ein homogenes Gemisch durch das Betreiben einer oder beider der Einspritzdüsen 66 und 67 vor einem Einlasstakt gebildet werden, (was eine Einspritzung bei geschlossenem Ventil sein kann). In noch weiteren Beispielen können mehrere Einspritzungen von einer oder beiden der Einspritzdüsen 66 und 67 während eines oder mehrerer Takte (z. B. des Einlass-, des Verdichtungs-, des Ausstoßtakts usw.) verwendet werden. Noch weitere Beispiele können sein, dass verschiedene Einspritzzeitsteuerungen und Gemischbildungen unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Der Controller 12 kann die durch die Kraftstoffeinspritzdüsen 66 und 67 zugeführte Kraftstoffmenge steuern, so dass gewählt werden kann, dass sich das homogene, geschichtete oder kombinierte homogene/geschichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Kammer 30 auf der Stöchiometrie, einem Wert fetter als die Stöchiometrie oder einem Wert magerer als die Stöchiometrie befinden kann.
Der Controller 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabe-Ports 104, einen Festwertspeicher 106, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Es ist gezeigt, dass der Controller 12 zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfängt, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von einem Luftmassendurchflusssensor 118; einer Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an eine Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; eines Profil-Zündungs-Ansprechsignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 38, der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; und einer Drosselklappenposition TP von einem Drosselklappenpositionssensor 58 und eines Krümmerabsolutdrucksignals MAP von einem Sensor 122. Das Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM wird durch den Controller 12 aus dem Signal PIP auf eine herkömmliche Weise erzeugt, wobei das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor eine Angabe des Unterdrucks oder des Drucks in dem Einlasskrümmer bereitstellt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann dieser Sensor eine Angabe der Kraftmaschinenlast angeben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich der Luft) bereitstellen. In einem Beispiel erzeugt der Sensor 38, der außerdem als ein Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 lediglich einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine, wobei jeder Zylinder seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündkerzen usw. besitzt. Außerdem kann in den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen die Kraftmaschine an einen (nicht gezeigten) Startermotor zum Starten der Kraftmaschine gekoppelt sein. Der Startermotor kann angetrieben werden, wenn der Fahrer z. B. einen Schlüssel im Zündschalter an der Lenksäule dreht. Der Starter wird nach dem Start der Kraftmaschine gelöst, z. B. durch die Kraftmaschine 10, die eine vorgegebene Drehzahl nach einem vorgegebenen Zeitraum erreicht. Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) verwendet werden, um einen Sollanteil des Abgases vom Auslasskrümmer 48 über ein (nicht gezeigtes) AGR-Ventil zum Einlasskrümmer 43 zu leiten. Alternativ kann ein Anteil der Verbrennungsgase durch das Steuern der Auslassventil-Zeitsteuerung in den Verbrennungskammern gehalten werden.
2 veranschaulicht ein Doppeleinspritzdüsen-Einstoffsystem 200 mit einem Hochdruck- und einem Niederdruck-Kraftstoffverteilersystem, das z. B. das an die Kraftmaschine 10 in 1 gekoppelte Kraftstoffsystem sein kann. Das Kraftstoffsystem 200 kann einen Kraftstofftank 201 und eine Niederdruck- oder Saugpumpe 202, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 201 über einen Niederdruckkanal 204 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 zuführt, enthalten. Die Saugpumpe 202 führt außerdem Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck über einen Niederdruckkanal 208 einem Niederdruck-Kraftstoffverteiler 211 zu. Folglich ist der Niederdruck-Kraftstoffverteiler 211 ausschließlich an die Saugpumpe 202 gekoppelt. Der Kraftstoffverteiler 211 führt Kraftstoff den Kanaleinspritzdüsen 215a, 215b, 215c und 215d zu. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 führt unter Druck gesetzten Kraftstoff über einen Hochdruckkanal 210 dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler 213 zu. Folglich ist der Hochdruck-Kraftstoffverteiler 213 sowohl an eine Hochdruckpumpe (206) als auch an eine Saugpumpe (202) gekoppelt.
Der Hochdruck-Kraftstoffverteiler 213 führt den Einspritzdüsen 214a, 214b, 214c und 214d unter Druck gesetzten Kraftstoff zu. Der Kraftstoffverteilerdruck in den Kraftstoffverteilern 211 und 213 kann durch die Drucksensoren 220 bzw. 217 überwacht werden. Die Saugpumpe 202 kann in einem Beispiel ein elektronisches rückführungsloses Pumpensystem sein, das in einem Impulsmodus intermittierend betrieben werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der nicht eingespritzte Kraftstoff über (nicht gezeigte) jeweilige Kraftstoffrückführungskanäle zu den Kraftstofftanks 201a und 201b zurückgeführt werden. Der Kraftmaschinenblock 216 kann mit einer Einlassluft-Drosselklappe 224 an einen Einlassweg 222 gekoppelt sein.
Die Saugpumpe 202 kann mit einem Rückschlagventil 203 ausgerüstet sein, so dass die Niederdruckkanäle 204 und 208 (oder ein alternatives nachgiebiges Element) den Druck halten, während die Eingangsenergie der Saugpumpe 202 zu einem Punkt verringert ist, an dem sie aufhört, eine Strömung an dem Rückschlagventil 203 vorbei zu erzeugen.
Die Kraftstoff-Direkteinspritzdüsen 214a–d und die Kraftstoff-Kanaleinspritzdüsen 215a–d spritzen Kraftstoff in die Kraftmaschinenzylinder 212a, 212b, 212c bzw. 212d ein, die sich in einem Kraftmaschinenblock 216 befinden. Jeder Zylinder kann folglich Kraftstoff von zwei Einspritzdüsen empfangen, wobei die beiden Einspritzdüsen an verschiedenen Orten angeordnet sind. Wie früher in 1 erörtert worden ist, kann eine Einspritzdüse z. B. als eine Direkteinspritzdüse konfiguriert sein, die so gekoppelt ist, um direkt in eine Verbrennungskammer mit Kraftstoff zu beaufschlagen, während die andere Einspritzdüse als eine Kanaleinspritzdüse konfiguriert ist, die an den Einlasskrümmer gekoppelt ist und den Kraftstoff in die Einlassöffnung stromaufwärts des Einlassventils zuführt. Folglich empfängt der Zylinder 212a Kraftstoff von der Kanaleinspritzdüse 215a und der Direkteinspritzdüse 214a, während der Zylinder 212b Kraftstoff von der Kanaleinspritzdüse 215b und der Direkteinspritzdüse 214b empfängt.
Das System kann ferner eine Steuereinheit 226 enthalten. Die Steuereinheit 226 kann eine Kraftmaschinen-Steuereinheit, eine Antriebsstrang-Steuereinheit, ein Steuersystem, eine separate Einheit oder Kombinationen verschiedener Steuereinheiten sein. Die Steuereinheit 226 ist in 2 als ein Mikrocomputer gezeigt, der einen Eingabe-/Ausgabe-Port (E/A-Port) 228, eine Zentraleinheit (CPU) 232, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip (ROM-Chip) 230 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 234, einen Haltespeicher (KAM) 236 und einen Datenbus enthält.
Ähnlich zur Steuereinheit 12 in 1 kann die Steuereinheit 226 ferner an verschiedene andere Sensoren 252 und verschiedene Aktuatoren 254 (z. B. einen Kraftstoffeinspritz-Aktuator, einen Funkenzündungs-Aktuator, einen Drosselklappenventil-Aktuator usw.) zum Abtasten und Steuern der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs gekoppelt sein. Die Steuereinheit 226 kann z. B. Kraftstoffdrucksignale von den Kraftstoffdrucksensoren 220 und 217, die an die Kraftstoffverteiler 211 bzw. 213 gekoppelt sind, empfangen. Die Kraftstoffverteiler 211 und 213 können außerdem einen oder mehrere Temperatursensoren zum Abtasten der Kraftstofftemperatur innerhalb der Kraftstoffverteiler enthalten. Die Steuereinheit 226 kann außerdem die Operationen der Einlass- und/oder Auslassventile oder Drosselklappen, des Kraftmaschinenkühlgebläses, der Funkenzündung, der Einspritzdüse und der Kraftstoffpumpen 202 und 206 steuern, um die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine zu steuern.
Die Steuereinheit kann ferner Drosselklappen-Öffnungswinkelsignale, die die Position der Einlassluft-Drosselklappe angeben, über einen Drosselklappenpositionssensor 238, Einlassluftströmungssignale von einem Luftmassendurchflusssensor 240, Kraftmaschinendrehzahlsignale von einem Kraftmaschinendrehzahlsensor 242, ein Fahrpedalpositionssignal über einen Fahrpedalpositionssensor 246 von einem Pedal 244, einen Kurbelwinkelsensor 248 und Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur-Signale (ECT-Signale) von einem Kraftmaschinentemperatursensor 250 empfangen.
Zusätzlich zu den obenerwähnten Signalen kann die Steuereinheit 226 außerdem andere Signale von verschiedenen anderen Sensoren 252 empfangen. Die Steuereinheit 226 kann z. B. ein Profil-Zündungs-Ansprechsignal (PIP) von einem (nicht gezeigten) Hall-Effekt-Sensor, der an eine Kurbelwelle gekoppelt ist, und ein Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor empfangen, wie in 1 gezeigt ist.
Die Steuereinheit 226 kann die Operationen der verschiedenen Fahrzeugkomponenten über verschiedene Aktuatoren 254 steuern. Die Steuereinheit 226 kann z. B. den Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüsen 214a–d und 215a–d durch jeweilige (nicht gezeigte) Kraftstoffeinspritzdüsen-Aktuatoren und die Saugpumpe 202 und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 durch jeweilige (nicht gezeigte) Kraftstoffpumpen-Aktuatoren steuern.
Die Kraftstoffpumpen 202 und 206 können durch die Steuereinheit 226 gesteuert sein, wie in 2 gezeigt ist. Die Steuereinheit 226 kann die Menge oder die Geschwindigkeit des Kraftstoffs, der durch die Saugpumpe 202 und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 in die Kraftstoffverteiler 211 und 213 zugeführt wird, durch jeweilige (nicht gezeigte) Kraftstoffpumpen-Steuerungen regeln. Die Steuereinheit 226 kann außerdem die Kraftstoffzufuhr zu den Kraftstoffverteilern 211 und 213 durch das Stilllegen der Pumpen 202 und 206 vollständig stoppen.
Die Einspritzdüsen 214a–d und 215a–d können betriebstechnisch an eine Steuereinheit, wie z. B. die Steuereinheit 226, gekoppelt und durch diese Steuereinheit gesteuert sein, wie in 2 gezeigt ist. Eine von jeder Einspritzdüse eingespritzte Kraftstoffmenge und die Einspritzzeitsteuerung können durch die Steuereinheit 226 aus einem Kraftmaschinenkennfeld, das in der Steuereinheit 226 gespeichert ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl und/oder des Einlassdrosselklappenwinkels oder der Kraftmaschinenlast bestimmt werden. Jeder Einspritzdüse kann über ein (nicht gezeigtes) elektromagnetisches Ventil, das an die Einspritzdüse gekoppelt ist, gesteuert sein.
An den obigen beispielhaften Systemen können verschiedene Modifikationen oder Einstellungen vorgenommen werden. Die Kraftstoffkanäle (z. B. 204, 208 und 210) können z. B. einen oder mehrere Filter, Drucksensoren, Temperatursensoren und/oder Überdruckventile enthalten. Die Kraftstoffkanäle können ein oder mehrere Kraftstoffkühlsysteme enthalten.
Folglich ist es möglich, dass der Controller 12 oder die Steuereinheit 226 die Kraftstoffbeaufschlagung einzelner Zylinder oder Gruppen von Zylindern steuert. Wie im Folgenden ausgearbeitet wird, kann eine Kanaleinspritzdüse eines einzelnen Zylinders für die Eichung sequentiell isoliert werden, während die anderen Zylinder weiterhin Kraftstoff von anderen Direkteinspritzdüsen empfangen, wobei dadurch der Kraftmaschinenbetrieb während der Eichung signifikant unbeeinflusst gelassen wird. Ferner können irgendwelche Änderungen des Kraftstoffverteilerdrucks (FRP) während der Eichung durch Drucksensoren, die an die Kraftstoffverteiler gekoppelt sind, überwacht werden, was eine Bewertung der Leistung der Einspritzdüse ermöglicht. Die Kraftstoffeinspritzung über die diagnostizierte Einspritzdüse kann dann basierend auf der Charakterisierung eingestellt werden.
Beispielhafte Routinen, die durch den Controller 12 ausgeführt werden können, um den Einspritzdüsenbetrieb zu bewerten, sind in den 3–5 gezeigt. Die Routine 300 in 3 verifiziert basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, ob eine Kanaleinspritzdüsendiagnose ausgeführt werden kann. Unterdessen führt die Routine 400 in 4 eine Diagnose einer Kraftstoff-Kanaleinspritzdüse aus, während die Routine 500 in 5 einen gemessenen Druckabfall des Kraftstoffverteilerdrucks (FRP) in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler mit der Kanaleinspritzdüsenleistung korreliert.
In 3 bestimmt eine beispielhafte Routine 300 basierend auf den vorhandenen Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, ob eine Einspritzdüsendiagnoseroutine eingeleitet werden kann. Spezifisch bestimmt die Routine 300 basierend auf einem Zeitraum seit der letzten Einspritzdüseneichung, ob eine Diagnoseroutine erwünscht ist.
Bei 302 können die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine bestimmt werden. Die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine können die Kraftmaschinenlast, die Kraftmaschinentemperatur, die Kraftmaschinendrehzahl usw. enthalten. Ein Controller kann z. B. entscheiden, eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Diagnoseroutine nicht zu aktivieren, falls die Kraftmaschine unter hohen Lasten arbeitet. Sobald die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine geschätzt worden sind, geht die Routine 300 zu 304 weiter, wo eingeschätzt wird, ob der Zeitraum seit der letzten Einspritzdüseneichung größer als ein oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Als Beispiele kann die Einspritzdüseneichung ein oder mehrmals pro Fahrzyklus, jeden zweiten Fahrzyklus oder nach einer vorgegebenen Anzahl gefahrener Meilen erwünscht sein.
Falls der Zeitraum seit der letzten Einspritzdüseneichung nicht größer als der oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, endet die Routine 300. Falls im Gegensatz ausreichend Zeit vergangen ist, geht die Routine 300 zu 306 weiter, wo eine Einspritzdüsendiagnoseroutine ausgeführt wird, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wird. Die Einspritzdüsendiagnoseroutine kann mehrmals wiederholt werden, wobei für jeden Diagnosetest ein Einspritzdüsenfehler (ein Anstieg oder ein Versatz) bestimmt werden kann. Dieser Fehler kann über die mehreren Wiederholungen gemittelt werden, was eine höhere Genauigkeit der Einspritzdüsenkorrektur ermöglicht. Bei 308 kann beim Abschluss der Diagnoseroutine eine Einspritzmenge über die geeichte Einspritzdüse basierend auf einem Wissen aus der Diagnoseroutine eingestellt werden, wie in 5 ausgearbeitet ist.
In 4 ist eine Diagnoseroutine 400 zum Bewerten der Leistung der Kraftstoff-Kanaleinspritzdüsen in einem Einstoff-Doppelverteilersystem mit Doppeleinspritzdüsen pro Zylinder veranschaulicht. Spezifisch wird der Kraftstoffverteilerdruck sowohl in einem Hochdruck- als auch in einem Niederdruck-Kraftstoffverteiler auf einen vorgegebenen Pegel erhöht, wobei dann alles Pumpen eingestellt wird und der Kraftstoff über eine Kanaleinspritzdüse in einen einzelnen Zylinder eingespritzt wird, um einen Druckabfall im Niederdruckverteiler aufgrund der Einspritzung zu detektieren. Die anderen Zylinder der Kraftmaschine können als solche durch ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen weiterhin mit Kraftstoff beaufschlagt werden, wobei die Diagnoseroutine unter Verwendung einer Kanaleinspritzdüse auf einmal ausgeführt werden kann, wobei dadurch der Kraftmaschinenwirkungsgrad aufrechterhalten wird. Jede Kanaleinspritzdüse des Kraftmaschinensystems kann sequentiell diagnostiziert werden. Es wird erkannt, dass die Diagnoseroutine ausgeführt werden kann, um einen einzelnen Zylinder auf einmal (wie gezeigt ist) oder eine Reihe von Zylindern auf einmal zu diagnostizieren.
Im Schritt 402 kann ein Zylinder für die Kanaleinspritzdüsendiagnose ausgewählt werden. Der Zylinder kann basierend auf dem seit einer vorhergehenden Diagnose der entsprechenden Kanaleinspritzdüse vergangenen Zeitraum ausgewählt werden. Bei 404 kann die Saugpumpe betrieben werden, um den Kraftstoffdruck innerhalb des Systems auf einen Schwellenwert (z. B. einen maximalen Druck) zu erhöhen. Es kann z. B. ein voller Spannungsimpuls an eine elektronische Saugpumpe angelegt werden, so dass sich der Kraftstoffdruck innerhalb der Niederdruck-Installation mit Nachgiebigkeit auf einem Schwellenwert befindet. Die Installation mit Nachgiebigkeit enthält einen Niederdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Kanaleinspritzdüsen gekoppelt ist.
Bei 406 kann eine an einen Hochdruck-Kraftstoffverteiler und die Direkteinspritzdüsen gekoppelte Hochdruckpumpe betrieben werden, um den Druck innerhalb des Hochdruck-Kraftstoffverteilers auf einen Schwellenwert zu erhöhen. Die Direkteinspritzdüsen können typischerweise bei höheren Drücken als die Kanaleinspritzdüsen arbeiten. Deshalb kann der Schwellendruck für den Hochdruck-Kraftstoffverteiler höher als der Schwellendruck für den Niederdruck-Kraftstoffverteiler sein, der an die Kanaleinspritzdüsen gekoppelt ist. Der Kanaleinspritzdüsen-Kraftstoffverteiler kann auf etwa 7 bar unter Druck gesetzt werden, wohingegen der Druck für den Direkteinspritzdüsen-Kraftstoffverteiler etwa 200 bar betragen kann. Durch das Erhöhen des Drucks in dem gesamten Kraftstoffsystem vor einem Eichereignis kann ausreichend Kraftstoff zum richtigen Dosieren durch die Einspritzdüse und für mehrere Einspritzereignisse verfügbar sein.
Ungleich zu dem Saugpumpensystem, in dem der Kraftstoff in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler aufgrund einer Leitung mit Nachgiebigkeit unter Druck gesetzt wird, ist das Hochdruck-Pumpensystem starr. Dies ist so, weil die Speicherung des Kraftstoffdrucks in dem Hochdrucksystem auf den Kompressionsmodul des Kraftstoffs zurückzuführen ist. Folglich kann die Hochdruckpumpe vorübergehend ausgeschaltet werden, selbst während die Direkteinspritzdüsen Kraftstoff der Kraftmaschine zuführen, indem der Druck in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend hoch erhöht wird (z. B. auf einen maximal zulässigen Pegel oder über einen Schwellendruck). Weil die Kanaleinspritzdüsendiagnose erfordert, dass die Saugpumpe gesperrt ist, und weil die Saugpumpe den Kraftstoff für das weitere Unter-Druck-Setzen durch die Hochdruckpumpe saugt, können sowohl die Hochdruckpumpe als auch die Saugpumpe während der Kanaleinspritzdüsendiagnose gesperrt sein, ohne die Zufuhr von Kraftstoff zur Kraftmaschine über die Direkteinspritzdüsen zu beeinflussen, indem der Hochdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend unter Druck gesetzt wird.
Bei 408 können die Hochdruckpumpe und die Saugpumpe gleichzeitig stillgelegt werden. In einem weiteren Beispiel können die beiden Pumpen sequentiell gesperrt werden, die Saugpumpe kann z. B. zuerst ausgeschaltet werden, gefolgt von der Hochdruckpumpe. Folglich kann ein Steuervolumen innerhalb des Hochdruck-Kraftstoffverteilers vorhanden sein, wobei ein weiteres Steuervolumen des Kraftstoffs innerhalb des Niederdrucksystems vorhanden sein kann. In 2 kann z. B. ein erstes Steuervolumen des Kraftstoffs auf einem höheren Druck in dem Kraftstoffverteiler 213 und dem Kanal 210 gespeichert sein, wohingegen ein zweites Steuervolumen des Kraftstoffs innerhalb des Niederdrucksystems der Kanäle 204 und 208 und des Kraftstoffverteilers 211 vorhanden sein kann.
Nachdem das Pumpen des Kraftstoffs eingestellt worden ist, kann im Schritt 422 in den ausgewählten Zylinder nur über seine Kanaleinspritzdüse Kraftstoff eingespritzt werden.
Der ausgewählte Zylinder wird ausschließlich über seine Kanaleinspritzdüse mit Kraftstoff beaufschlagt, wobei die mit dem ausgewählten Zylinder verbundene Direkteinspritzdüse während der Diagnoseroutine gesperrt sein kann. Der Kraftstoff kann während einer vorgegebenen Anzahl von Einspritzungen in den einzelnen Zylinder eingespritzt werden. Diese Anzahl kann von der Impulsbreite der Einspritzung abhängen. Falls z. B. eine größere Impulsbreite der Einspritzung verwendet wird, können weniger Einspritzungen angewendet werden, während mehr Einspritzungen angewendet werden können, falls eine kleinere Impulsbreite der Einspritzung verwendet wird. Alternativ kann die Anzahl der Einspritzungen basierend auf dem befohlenen Kraftstoffeinspritzvolumen eingestellt werden, wobei die Anzahl der Einspritzungen verringert wird, wenn das befohlene Kraftstoffeinspritzvolumen zunimmt.
Gleichzeitig können bei 410 die verbleibenden Zylinder der Kraftmaschine über jede ihrer jeweiligen Direkteinspritzdüsen Kraftstoff empfangen, während ihre jeweiligen Kanaleinspritzdüsen deaktiviert sind. Alle Zylinder können durch einen gemeinsamen Kraftstoff mit Kraftstoff beaufschlagt werden, weil das System ein Einstoffsystem ist. Falls z. B. die Kanaleinspritzdüse innerhalb des Zylinders 1 einer 4-Zylinder-Kraftmaschine für die Eichung ausgewählt ist, kann der Zylinder 1 über seine Kanaleinspritzdüse mit Kraftstoff beaufschlagt werden, während die Zylinder 2, 3 und 4 Kraftstoff von ihren Direkteinspritzdüsen empfangen können. Falls folglich unter Bezugnahme auf 2 die Kanaleinspritzdüse 215a bewertet wird, wird der Zylinder 212a über die Kanaleinspritzdüse 215a mit Kraftstoff beaufschlagt, während die Direkteinspritzdüse 214a gesperrt ist. Ferner wird in die Zylinder 212b, 212c und 212d über die Direkteinspritzdüsen 214b, 214c bzw. 214d eingespritzt, während die Kanaleinspritzdüsen 215b, 215c und 215d deaktiviert sind.
Bei 424 können die Druckabfälle innerhalb des Niederdruck-Kraftstoffverteilers, der der Kanaleinspritzdüse, die diagnostiziert wird, Kraftstoff zuführt, nach jeder Einspritzung überwacht und mit dem Einspritzdüsenbetrieb korreliert werden. Der Controller kann z. B. Signale von dem an den Niederdruck-Kraftstoffverteiler gekoppelten Drucksensor empfangen, der die Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks (FRP) nach jeder Einspritzung abtastet. Die Korrelation mit der Einspritzdüsenleistung wird später unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Bei 426 kann bestimmt werden, ob die Kanaleinspritzdüsendiagnose abgeschlossen ist. In einem Beispiel kann eine Diagnose abgeschlossen werden, wenn eine zufriedenstellende Anzahl von Messwerten des Druckabfalls erhalten worden ist. Falls die Diagnose für die ausgewählte Kanaleinspritzdüse abgeschlossen ist, kann die Routine 400 bei 426 entscheiden, die Kanaleinspritzdüsen in den verbleibenden Zylindern zu diagnostizieren, wobei der Pumpenbetrieb wiederhergestellt werden kann, bevor zum Start zurückgekehrt wird. Der Controller kann z. B. einen weiteren Zylinder für die Kanaleinspritzdüsendiagnose auswählen. Falls bei 426 bestimmt wird, dass die Kanaleinspritzdüsendiagnose unvollständig ist, kann bei 428 die Diagnose erneut eingeleitet werden, um den Abschluss zu erreichen. Die Diagnose kann z. B. unvollständig sein, falls sie aufgrund einer Verringerung des Kraftstoffverteilerdrucks innerhalb des Hochdruckverteilers gesperrt worden ist. Die Routine kann dann zu 402 zurückkehren, um eine Diagnose abzuschließen oder erneut einzuleiten.
Zurück bei 412 kann nun bestimmt werden, ob sich der Kraftstoffverteilerdruck in dem Hochdruckverteiler unter einem unteren Schwellenwert T_m, z. B. unter einem minimalen Druck, befindet. Der untere Schwellenwert T_m kann z. B. ein minimaler Druck sein, der erforderlich ist, um die richtige DI-Kraftstoffeinspritzung aufrechtzuerhalten. Aufgrund der Kraftstoffzufuhr zu mehreren Zylindern über die Direkteinspritzdüsen im Vergleich zur Kraftstoffzufuhr zu einem einzelnen Zylinder über die Kanaleinspritzdüse kann der Druck in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler als solcher schneller als der Druck in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler fallen. Der Hochdruck-Kraftstoffverteiler kann z. B. während der Diagnose einer gegebenen Kanaleinspritzdüse mehrmals unter den unteren Schwellenwert fallen. Wenn der Hochdruck-Kraftstoffverteiler als solcher unter den unteren Schwellenwert fällt, kann es nicht ausreichend Druck geben, um die Direkteinspritzung der Zylinder aufrechtzuerhalten, was zu einer Verschlechterung der Kraftmaschinenleistung führt. Außerdem kann das erneute Unter-Druck-Setzen des Hochdruck-Kraftstoffverteilers erforderlich sein, bevor die Direkteinspritzung der Zylinder (und die Kanaleinspritzdüsendiagnose) wiederaufgenommen werden können. Die Druckabfälle innerhalb des an die Direkteinspritzdüsen gekoppelten Kraftstoffverteilers können zur gleichen Zeit überwacht werden, wie der Niederdruck-Kraftstoffverteilerdruck überwacht wird. In dem Beispiel einer 4-Zylinder-Kraftmaschine, in der eine Kanaleinspritzdüse und drei Direkteinspritzdüsen freigegeben sind, kann sich der FRP im Hochdruckverteiler schneller verringern, weil er drei Einspritzdüsen Kraftstoff zuführt. Ferner kann ein signifikanter Abfall des FRP für den Hochdruckverteiler den Kraftmaschinenbetrieb ungünstig beeinflussen. Falls bestimmt wird, dass der FRP des Hochdruckverteilers höher als der Schwellenwert ist, kann bei 420 die Kanaleinspritzdüsendiagnose fortgesetzt werden, wobei die Routine zum Schritt 412 zurückkehrt.
Falls bestimmt wird, dass der FRP in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler unter den unteren Schwellenwert T_m gefallen ist, kann bei 414 die Kanaleinspritzdüsendiagnose gesperrt werden und kann das Kraftstoffpumpen erneut beginnen. Bei 416 können sowohl die Saugpumpe als auch die Hochdruckpumpe betrieben werden, wobei die beiden Verteiler zu ihren jeweiligen Schwellenwerten erneut unter Druck gesetzt werden können. Bei 418 kann die Kanaleinspritzdüsen-Diagnoseroutine wiederaufgenommen werden, nachdem der Hochdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend erneut unter Druck gesetzt worden ist. In einem Beispiel können die bis zum Schritt 414 erhaltenen Messwerte gespeichert und zu den Messwerten hinzugefügt werden, die gesammelt werden, nachdem die Diagnose bei 418 wiederaufgenommen wird. In einem weiteren Beispiel können irgendwelche vor dem Schritt 414 erhaltenen Messungen verworfen werden und kann das ganze Eichereignis bei 418 erneut eingeleitet werden.
In dieser Weise kann eine Kanaleinspritzdüse innerhalb eines einzelnen Zylinders diagnostiziert werden, während die verbleibenden Kraftmaschinenzylinder durch ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Durch das Isolieren der Kanaleinspritzdüse kann nur eine Kanaleinspritzdüse bewertet werden, während die verbleibenden Kanaleinspritzdüsen gesperrt sind. Dies verringert die Störung von dem Pulsieren in dem Kraftstoffverteiler, wenn mehrere Einspritzdüsen feuern. Um den Kraftmaschinenbetrieb und die Fahrbarkeit aufrechtzuerhalten, wird die Kanaleinspritzdüsendiagnose während des Zeitraums durchgeführt, in dem der FRP innerhalb des Hochdruckverteilers über einem unteren Schwellenwert bleibt, und während die Kraftstoff-Direkteinspritzung der verbleibenden Zylinder möglich ist. Die Diagnose kann vorübergehend gesperrt werden und der Pumpenbetrieb kann wiederaufgenommen werden, falls der FRP des an die Direkteinspritzdüsen gekoppelten Kraftstoffverteilers unter den unteren Schwellenwert fällt.
In 5 ist eine beispielhafte Routine 500 zum Korrelieren eines Druckabfalls in einem Niederdruck-Kraftstoffverteiler mit einer Kanaleinspritzdüsenleistung gezeigt. Spezifisch werden die Druckabfälle in dem Niederdruckverteiler nach jeder Einspritzung mit einem erwarteten Abfall verglichen, um zu bewerten, ob eine Kanaleinspritzdüse eine Soll-(oder befohlene)Kraftstoffmenge einspritzt.
Bei 502 kann der Abfall des Kraftstoffverteilerdrucks (FRP) in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler nach jeder Einspritzung gemessen werden. Es wird erkannt, dass in alternativen Beispielen die Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks in dem Niederdruckverteiler nach einer definierten Anzahl von Einspritzimpulsen geschätzt werden kann, wie z. B. alle 2 oder 3 Impulse. Die Anzahl kann als solche von der Impulsbreite (oder der befohlenen Kraftstoffvolumen-Einspritzmenge) jedes Kanaleinspritzimpulses abhängig sein. Falls folglich die Impulsbreite höher ist, kann die Änderung des FRP häufiger (nach einer geringeren Anzahl von Einspritzimpulsen) geschätzt werden, während, falls die Impulsbreite niedriger ist, die Änderung des FRP weniger häufig (nach einer größeren Anzahl von Einspritzimpulsen) geschätzt werden kann. Weil alles Kraftstoffpumpen während der Diagnose eingestellt ist, nimmt die Kraftstoffmenge und folglich der FRP mit jeder Einspritzung von der Kanaleinspritzdüse ab. 6A zeigt eine beispielhafte Kanaleinspritzdüseneichung, bei der eine Kanaleinspritzdüse, die an einen einzelnen Zylinder gekoppelt ist, in einem vorgegebenen Ablauf abgefeuert wird, während in die verbleibenden Zylinder über ihre Direkteinspritzdüsen eingespritzt wird. 6B stellt anschließende Druckabfälle in jedem Kraftstoffverteiler dar.
Das Kennfeld 600 nach 6A zeigt die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, die auf der y-Achse graphisch dargestellt ist, und die Zylindernummer, die auf der x-Achse graphisch dargestellt ist. Das dargestellte Beispiel ist für eine 4-Zylinder-Kraftmaschine, wobei jeder Zylinder eine Direkteinspritzdüse und eine Kanaleinspritzdüse enthält. Die obere graphische Darstellung 602 repräsentiert einen Zündablauf für die Direkteinspritzdüsen, wobei jeder Anteil der Kraftstoffeinspritzung über eine Direkteinspritzdüse durch einen gepunkteten Block dargestellt ist. Die untere graphische Darstellung 604 nach 6A repräsentiert einen Zündablauf für die Kanaleinspritzdüsen, wobei jeder Anteil des über Kanaleinspritzung eingespritzten Kraftstoffs als ein diagonal gestreifter Block gezeigt ist. Die Linie 603 repräsentiert den Beginn eines Kanaleinspritzdüsen-Eichablaufs, der dem Zeitpunkt t1 des Kennfeldes 610 entspricht. Die Linie 605 repräsentiert einen Zeitpunkt, der dem t2 des Kennfeldes 610 entspricht. Das Kennfeld 610 nach 6B zeigt den Kraftstoffverteilerdruck (FRP), der auf der y-Achse gegen die Zeit auf der x-Achse graphisch dargestellt ist. Die graphische Darstellung 612 veranschaulicht die Änderung des FRP innerhalb eines Niederdruck-Kraftstoffverteilers, wenn eine Kanaleinspritzdüse während der Eichung in einen einzelnen Zylinder feuert. Die graphische Darstellung 614 stellt die Änderung des FRP innerhalb eines Hochdruck-Kraftstoffverteilers dar, wenn mehrere Direkteinspritzdüsen die verbleibenden drei Zylinder mit Kraftstoff beaufschlagen.
Vor t1, der in 6A durch die Linie 603 bezeichnet ist, kann während des normalen Kraftmaschinenbetriebs jeder Zylinder über beide Einspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden, wobei der Kraftstoffdruck in beiden Verteilern auf den anfänglichen Betriebsdrücken aufrechterhalten werden kann. An der Linie 603 kann basierend darauf, dass die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine erfüllt sind, ein Kanaleinspritzdüsen-Eichablauf für die Kanaleinspritzdüse innerhalb des Zylinders 1 beginnen. Während des Eichereignisses kann der Zylinder 1 ausschließlich über Kanaleinspritzung eingespritzten Kraftstoff empfangen, während die Zylinder 2, 3 und 4 direkt eingespritzten Kraftstoff empfangen.
Wie in dem Kennfeld 610 nach 6B gezeigt ist, kann vor dem Beginn des Eichereignisses der Kraftstoffverteilerdruck in jedem der beiden Kraftstoffverteiler auf einen Schwellenpegel erhöht werden. Der Druck in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Kanaleinspritzdüsen gekoppelt ist, kann von einem anfänglichen Pegel von PI_Pi zu einem oberen Schwellenpegel PI_Po erhöht werden. Ähnlich kann der Druck in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, von einem anfänglichen DI_Pi zu einem Schwellenpegel DI_Po ansteigen. Der Schwellendruck in dem Hochdruckverteiler, DI_Po, ist höher als der Schwellendruck in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler, PI_Po. Nachdem beide Verteiler auf ihre jeweiligen oberen Schwellenwerte unter Druck gesetzt worden sind, wird alles Kraftstoffpumpen ausgesetzt, bis das Eichereignis für die gegebene Kanaleinspritzdüse abgeschlossen oder gesperrt wird.
Nach jeder Einspritzung kann der Druck in jedem der Kraftstoffverteiler einen Abfall erleiden, wie in 6B gezeigt ist. Die Kanaleinspritzdüsenleistung kann durch das Korrelieren des Druckabfalls nach jeder Einspritzung mit einem erwarteten Abfall bewertet werden. Zum Zeitpunkt t2 kann z. B. der Abfall im FRP nach einer Einspritzung über die Kanaleinspritzdüse (die an der Linie 605 in dem Kennfeld 600 dargestellt ist) als der Unterschied zwischen P1, dem Druck vor dem Einspritzereignis, und P2, dem Druck unmittelbar nach diesem Einspritzereignis, berechnet werden. Ein Durchschnitt der mehreren Druckmessungen vor und nach dem Einspritzereignis kann für eine höhere Genauigkeit erhalten werden, während die Druckabfälle berechnet werden.
Die Druckabfälle innerhalb des Hochdruck-Kraftstoffverteilers können gleichzeitig überwacht werden, um sicherzustellen, dass ausreichend Kraftstoff verfügbar ist, um den Kraftmaschinenbetrieb aufrechtzuerhalten, wenn das Eichereignis ausgeführt wird, wobei das Kraftstoffpumpen stillgelegt ist.
Abermals zurück bei der Routine 500 kann, nachdem ein FRP-Abfall bei jeder Einspritzung bestimmt worden ist, jeder Druckabfall bei 504 mit einem erwarteten Druckabfall verglichen werden. Falls der gemessene Druckabfall mit einem erwarteten Abfall vergleichbar ist, kann die Routine bei 506 angeben, dass die Einspritzdüse gesund ist und die Routine enden kann. Falls andererseits festgestellt wird, dass der beobachtete Druckabfall von dem erwarteten Abfall verschieden ist, kann bei 508 bestimmt werden, ob der beobachtete Druckabfall mehr als ein erwarteter Abfall ist. Falls der geschätzte Druckabfall mehr als ein erwarteter Betrag ist, kann bei 510 ein erster Diagnosecode (Code Nr. 1) durch den Controller gesetzt werden. Der gemessene Druckabfall kann z. B. mehr als erwartet sein, wenn eine Einspritzdüse offen steckengeblieben ist und mehr Kraftstoff eingespritzt wird, als erwünscht ist. Dementsprechend kann der erste Diagnosecode angeben, dass die Kanaleinspritzdüse mehr Kraftstoff zuführt, als befohlen ist. Falls der beobachtete Druckabfall kleiner als der erwartete Abfall ist, kann der Controller bei 512 einen zweiten Diagnosecode (Code Nr. 2) setzen. Der geschätzte Druckabfall kann z. B. kleiner als ein erwarteter Abfall sein, wenn die Einspritzdüse teilweise verstopft ist und weniger Kraftstoff eingespritzt wird, als erwünscht ist. Dementsprechend kann der zweite Diagnosecode angeben, dass die Kanaleinspritzdüse weniger Kraftstoff zuführt, als befohlen ist.
Bei 514 kann eine Einstellung für die Kanaleinspritzdüse basierend auf den in den Schritten 510 und 512 gesetzten Diagnosecodes in Erfahrung gebracht werden. Falls z. B. der erste Diagnosecode gesetzt worden ist und bestimmt worden ist, dass die Kanaleinspritzdüse übermäßig Kraftstoff eingespritzt hat, kann der Controller einen Unterschied zwischen dem erwarteten Betrag der Kraftstoff-Kanaleinspritzung und dem tatsächlichen Betrag der Kanaleinspritzung basierend auf der Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks in Erfahrung bringen. Während der anschließenden Kraftstoffeinspritzung können die Impulsbreite und der Arbeitszyklus der Kanaleinspritzdüse basierend auf dem in Erfahrung gebrachten Unterschied eingestellt werden, um die übermäßige Kraftstoffbeaufschlagung zu kompensieren. Die Kraftstoffeinspritzungs-Impulsbreite kann z. B. als eine Funktion des in Erfahrung gebrachten Unterschieds verringert werden. In einem alternativen Beispiel kann der Controller, falls der zweite Diagnosecode gesetzt worden ist und bestimmt worden ist, dass die Kanaleinspritzdüse ungenügend Kraftstoff eingespritzt hat, einen Unterschied zwischen dem erwarteten Betrag der Kraftstoff-Kanaleinspritzung und dem tatsächlichen Betrag der Kanaleinspritzung basierend auf der Änderung des Kraftstoffverteilerdrucks in Erfahrung bringen. Während der anschließenden Kraftstoffeinspritzung können die Impulsbreite und der Arbeitszyklus der Kanaleinspritzdüse basierend auf dem in Erfahrung gebrachten Unterschied eingestellt werden, um die ungenügende Kraftstoffbeaufschlagung zu kompensieren. Die Kraftstoffeinspritzungs-Impulsbreite kann z. B. als eine Funktion des in Erfahrung gebrachten Unterschieds vergrößert werden.
Die Routine 500 kann nach jeder Einspritzung durch die Kanaleinspritzdüse, die geeicht wird, ausgeführt werden, um ausreichend Messwerte zu erzeugen, die eine genauere Diagnose der Einspritzdüsenleistung ermöglichen. Die Anzahl der Einspritzungen, die während eines Eichereignisses stattfinden können, kann ferner von dem FRP-Abfall innerhalb des Hochdruck-Kraftstoffverteilers abhängen. Die Kraftstoffbeaufschlagung über die charakterisierte Einspritzdüse kann am Ende des Eichereignisses basierend auf der Diagnose eingestellt werden.
Der Abschluss des Kanaleinspritzdüsen-Eichereignisses als solcher hängt von dem Zeitraum ab, während dessen die Direkteinspritzdüsen weiterhin mit Kraftstoff beaufschlagt werden können, wobei die Hochdruckpumpe und die Saugpumpe gesperrt sind. Dies basiert auf dem Zeitraum, während dessen der Hochdruck-Kraftstoffverteiler auf einem oder über einem Solldruck bleibt, um einen konsistenten Kraftmaschinenbetrieb aufrechtzuerhalten. Eine signifikante Verringerung des FRP des Hochdruck-Kraftstoffverteilers, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, kann nachteilige Wirkungen auf den Kraftmaschinenbetrieb besitzen. Deshalb wird der FRP des Hochdruck-Kraftstoffverteilers ständig überwacht, wenn eine Eichung ausgeführt wird, wobei die Eichung unterbrochen werden kann, falls der FRP unter einen vorgegebenen unteren Schwellenwert fällt. 7 stellt einen Fall dar, in dem ein Eichereignis in einem Zylinder abgeschlossen wird, während 8 einen Fall darstellt, in dem die Eichung basierend auf der Ableitung des FRP in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler gesperrt und neu gestartet werden kann.
Das Kennfeld 700 nach 7 zeigt den Kraftstoffverteilerdruck (FRP) für die beiden Verteiler, der entlang der y-Achse graphisch dargestellt ist, und die Zeit, die entlang der x-Achse graphisch dargestellt ist. Die graphische Darstellung 702 zeigt eine Druckvariation in einem Niederdruck-Kraftstoffverteiler (der an die Kanaleinspritzdüsen der Kraftmaschine gekoppelt ist) während eines Kanaleinspritzdüsen-Eichereignisses, während die graphische Darstellung 704 eine Druckvariation in einem Hochdruck-Kraftstoffverteiler (der an die Direkteinspritzdüsen der Kraftmaschine gekoppelt ist) während desselben Eichereignisses zeigt. Die Linie 703 repräsentiert einen unteren Schwellendruck T_m (z. B. einen minimalen Druck) für den Hochdruck-Kraftstoffverteiler. Der untere Schwellenwert repräsentiert einen für die richtige Direkteinspritzung erforderlichen minimalen Druck. Ein Eichereignis kann unterbrochen werden, wenn der FRP in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, unter den unteren Schwellenwert T_m fällt.
Vor t1 kann eine Kraftmaschine unter normalen Bedingungen ohne irgendein Eichereignis arbeiten. Zum t1 kann ein Eichereignis für eine Kanaleinspritzdüse im Zylinder 1 beginnen, woraufhin die beiden Kraftstoffverteiler von den jeweiligen Anfangsdrücken (PI_Pi und DI_Pi) auf die jeweiligen oberen Schwellenwerte (PI_Pm und DI_Pm) unter Druck gesetzt werden. Folglich nimmt der FRP in beiden Verteilern zum t1 zu. Die Saugpumpe und die Hochdruckpumpe können dann stillgelegt werden, um das weitere Unter-Druck-Setzen der Kraftstoffverteiler auszusetzen. Zwischen t1 und t2 kann die Kanaleinspritzdüse Kraftstoff in den Zylinder 1 einspritzen, wobei ein Druckabfall nach jeder Einspritzung gemessen und mit einem erwarteten Abfall korreliert werden kann. Gleichzeitig erleidet der FRP in dem Hochdruckverteiler, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, aufgrund dessen, dass Kraftstoff direkt in jeden der verbleibenden Zylinder der Kraftmaschine eingespritzt wird, eine Abnahme. Bei t2 wird ein Eichereignis innerhalb des Zylinders 1 abgeschlossen, bevor der FRP innerhalb des Hochdruck-Kraftstoffverteilers unter den Schwellenwert 703 fällt. Danach kann der Controller die Eichung der Kanaleinspritzdüse innerhalb des Zylinders 2 einleiten. Deshalb werden bei t3 beide Kraftstoffverteiler auf ihre jeweiligen oberen Schwellenwerte erneut unter Druck gesetzt, wobei der Pumpenbetrieb erneut ausgesetzt wird. Die Eichung einer Kanaleinspritzdüse innerhalb des Zylinders 2 kann nun ausgeführt werden, während die verbleibenden Zylinder über ihre jeweiligen Direkteinspritzdüsen mit Kraftstoff beaufschlagt werden.
Die Druckimpulse als solche, die in dem Kraftstoffverteiler klingeln, können die Signalverarbeitungsanforderungen für das Messen des Drucks vor und nach der Einspritzung (entweder in dem Hochdruck- oder in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler) vergrößern. Durch das Einbringen von Material mit Dämpfungseigenschaften in den Kraftstoffverteiler kann das Material die Wellenenergien dämpfen und dadurch die Druckmessungen vereinfachen. Der Kraftstoffverteiler kann wenigstens teilweise mit den wellendämpfenden Medien gefüllt sein. Ein Beispiel eines derartigen Dämpfungsmaterials, das in den Kraftstoffverteiler eingebracht werden kann, enthält flachen rostfreien Stahldraht, der gekräuselt ist. Es können noch andere Materialien mit geeigneten Dämpfungseigenschaften verwendet werden.
Das Kennfeld 800 nach 8 ist zu dem Kennfeld 700 nach 7 ähnlich und stellt den Kraftstoffverteilerdruck (FRP) für die beiden Verteiler entlang der y-Achse und die Zeit entlang der x-Achse dar. Die graphische Darstellung 802 zeigt eine Druckvariation in dem Niederdruck-Kraftstoffverteiler während eines Kanaleinspritzdüsen-Eichereignisses, während die graphische Darstellung 804 eine Druckvariation in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler während desselben Eichereignisses zeigt. Die Linie 703 repräsentiert den unteren Schwellendruck T_m (z. B. einen minimalen Druck) für den Hochdruck-Kraftstoffverteiler. Ein Eichereignis kann unterbrochen werden, falls der FRP in dem Hochdruck-Kraftstoffverteiler, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, unter den unteren Schwellenwert fällt.
Vor t11 kann die Kraftmaschine unter normalen Bedingungen arbeiten, ohne dass irgendein Eichereignis ausgeführt wird. Zu t11 kann ein Eichereignis für eine Kanaleinspritzdüse im Zylinder 1 beginnen, woraufhin die beiden Kraftstoffverteiler auf einen Schwellenwert unter Druck gesetzt werden. Folglich nimmt zum t11 der FRP in beiden Verteilern zu. Dann können die Saugpumpe und die Hochdruckpumpe stillgelegt werden, um das weitere Unter-Druck-Setzen der Kraftstoffverteiler auszusetzen. Zwischen t11 und t12 kann die Kanaleinspritzdüse Kraftstoff in den Zylinder 1 einspritzen, wobei ein Druckabfall nach jeder Einspritzung gemessen und mit einem erwarteten Abfall korreliert werden kann. Gleichzeitig erleidet der FRP in dem Hochdruckverteiler, der an die Direkteinspritzdüsen gekoppelt ist, eine Abnahme bei jeder Einspritzung aufgrund dessen, dass Kraftstoff in jeden der verbleibenden Zylinder der Kraftmaschine direkt eingespritzt wird. Zum t12 fällt der Direkteinspritzdüsen-FRP innerhalb des Hochdruckverteilers unter den Schwellenwert 703. Deshalb kann das Eichereignis zum t12 in Reaktion auf den FRP des Hochdruck-Kraftstoffverteilers, der unter den Schwellenwert 703 abnimmt, gesperrt werden. Außerdem werden zum t12 sowohl die Saugpumpe als auch die Hochdruckpumpe betrieben, um beide Kraftstoffverteiler auf ihre jeweiligen Schwellenwerte erneut unter Druck zu setzen, wobei danach der Pumpenbetrieb ausgesetzt wird. Das gesperrte Kanaleinspritzdüsen-Eichereignis innerhalb des Zylinders 1 wird dann wiederaufgenommen (wie gezeigt ist). Alternativ kann ein neues Ereignis eingeleitet werden. Folglich wird die Einspritzdüsendiagnose mit Druckkorrelation so lange ausgeführt, wie der FRP innerhalb des Hochdruckverteilers über einem unteren Schwellenwert bleibt.
In dieser Weise kann die Leistung einer Kanaleinspritzdüse eines Zylinders bewertet werden, während die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine über die Direkteinspritzung aufrechterhalten wird, wobei sowohl eine Saugpumpe als auch eine Hochdruckpumpe gesperrt sind. Insbesondere kann ein starres Hochdruck-Kraftstoffsystem, das einen Kraftstoff mit einem gegebenen Kompressionsmodul enthält, verwendet werden, um Kraftstoff über jeweilige Direkteinspritzdüsen den Kraftmaschinenzylindern zuzuführen, selbst während eine Hochdruckpumpe und eine Saugpumpe gesperrt sind, indem ein Hochdruck-Kraftstoffverteiler vor der Kanaleinspritzdüsendiagnose ausreichend unter Druck gesetzt wird. Indem ein Niederdruck-Kraftstoffverteiler ausreichend unter Druck gesetzt wird und nur eine Kanaleinspritzdüse eines Zylinders selektiv freigegeben wird, während alle anderen Kanaleinspritzdüsen gesperrt werden, kann jede Kanaleinspritzdüse einzeln isoliert und charakterisiert werden. Indem der Hochdruck-Kraftstoffverteiler mit einem vorübergehenden Sperren der Kanaleinspritzdüsendiagnose häufig erneut unter Druck gesetzt wird, kann jede Kanaleinspritzdüse berührungsfrei und ohne Verschlechterung des Kraftmaschinenbetriebs geeicht werden. Durch das Charakterisieren jeder Kanaleinspritzdüse kann der Zustand der Einspritzdüse verbessert und kann die Genauigkeit der Kraftstoffbeaufschlagung der Einspritzdüsen verbessert werden.
Es sei angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8118006 [0003]

Claims

Verfahren für eine Kraftmaschine mit zwei Kraftstoffeinspritzdüsen pro Zylinder, das Folgendes umfasst: Unter-Druck-Setzen eines ersten Kraftstoffverteilers sowohl mit einer ersten als auch mit einer zweiten Pumpe; Unter-Druck-Setzen eines zweiten Kraftstoffverteilers nur mit der ersten Pumpe; und nach dem Aussetzen des Betriebs beider Pumpen Einspritzen eines gemeinsamen Kraftstoffs über eine einzelne Kanaleinspritzdüse, die an den zweiten Kraftstoffverteiler gekoppelt ist, in einen einzelnen Zylinder; und Korrelieren des Druckabfalls in dem zweiten Kraftstoffverteiler mit dem Einspritzdüsenbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Pumpe eine Saugpumpe ist und die zweite Pumpe eine Hochdruckpumpe ist, wobei das Korrelieren das Angeben der Verschlechterung der einzelnen Einspritzdüse in Reaktion auf einen geschätzten Druckabfall in dem zweiten Kraftstoffverteiler, der von einem erwarteten Druckabfall verschieden ist, enthält, wobei nach dem Aussetzen unmittelbar nach dem Aussetzen des Betriebs beider Pumpen enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die beiden Kraftstoffeinspritzdüsen pro Zylinder eine erste Direkteinspritzdüse, die an den ersten Kraftstoffverteiler gekoppelt ist, und eine zweite Kanaleinspritzdüse, die an den zweiten Kraftstoffverteiler gekoppelt ist, enthalten und wobei das Einspritzen von Kraftstoff in den einzelnen Zylinder über eine einzelne Einspritzdüse die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs über die zweite Kanaleinspritzdüse des einzelnen Zylinders enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das direkte Einspritzen des gemeinsamen Kraftstoffs von dem ersten Verteiler in alle außer den einzelnen Zylinder der Kraftmaschine über die erste Direkteinspritzdüse von allen außer dem einzelnen Zylinder der Kraftmaschine umfasst, wobei das Einspritzen des gemeinsamen Kraftstoffs das Einspritzen desselben gemeinsamen Kraftstoffs über die Direkteinspritzdüse und die Kanaleinspritzdüse enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Unter-Druck-Setzen des ersten Kraftstoffverteilers das Unter-Druck-Setzen auf einen ersten Schwellendruck enthält und wobei das Unter-Druck-Setzen des zweiten Kraftstoffverteilers das Unter-Druck-Setzen auf einen zweiten Schwellendruck enthält, wobei der erste Schwellendruck des ersten Kraftstoffverteilers höher als der zweite Schwellendruck des zweiten Kraftstoffverteilers ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen von Kraftstoff in den einzelnen Zylinder über die einzelne Einspritzdüse das Einspritzen von Kraftstoff als eine Anzahl von Einspritzungen enthält, wobei die Anzahl auf dem befohlenen Kraftstoffeinspritzvolumen basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Korrelieren ferner das Setzen eines ersten Diagnosecodes, um anzugeben, dass die einzelne Einspritzdüse teilweise verstopft ist, wenn der geschätzte Druckabfall kleiner als der erwartete Druckabfall ist; und das Setzen eines zweiten Diagnosecodes, um anzugeben dass die einzelne Einspritzdüse offen steckengeblieben ist, wenn der geschätzte Druckabfall größer als der erwartete Druckabfall ist, enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Einstellen der Kraftstoffeinspritzung in den einzelnen Zylinder über die zweite Kanaleinspritzdüse basierend auf dem Korrelieren umfasst und wobei der erste und der zweite Kraftstoffverteiler mit wellendämpfenden Medien gefüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen das Vergrößern der Kraftstoffeinspritzung in den einzelnen Zylinder über die zweite Kanaleinspritzdüse, wenn der geschätzte Druckabfall niedriger als der erwartete Druckabfall ist, und das Verkleinern der Kraftstoffeinspritzung in den einzelnen Zylinder über die zweite Kanaleinspritzdüse, wenn der geschätzte Druckabfall höher als der erwartete Druckabfall ist, enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Überwachen eines Drucks des ersten Kraftstoffverteilers während der Direkteinspritzung des gemeinsamen Kraftstoffs in alle außer den einzelnen Zylinder der Kraftmaschine und in Reaktion auf den ersten Kraftstoffverteilerdruck, der unter einen unteren Schwellenwert fällt, das Wiederaufnehmen des Betriebs der ersten und der zweiten Pumpe und das wenigstens vorübergehende Sperren des Diagnostizierens der zweiten Kanaleinspritzdüse des einzelnen Zylinders umfasst.
Verfahren für eine Kraftmaschine, das Folgendes umfasst: nach dem Unter-Druck-Setzen sowohl eines ersten als auch eines zweiten Kraftstoffverteilers mit einem gemeinsamen Kraftstoff Aussetzen des Pumpens des Kraftstoffs in beide Kraftstoffverteiler; Kanaleinspritzung des Kraftstoffs von dem zweiten Kraftstoffverteiler nur in einen ersten Zylinder während der Direkteinspritzung von Kraftstoff von dem ersten Kraftstoffverteiler in alle verbleibenden Zylinder; und während ein Druck des ersten Kraftstoffverteilers über einem Schwellenwert bleibt, Korrelieren des Betriebs der Kanaleinspritzdüse des ersten Zylinders basierend auf einer Abnahme des Drucks in dem zweiten Kraftstoffverteiler.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Sperren des Korrelierens und das Wiederaufnehmen des Pumpens des Kraftstoffs in beide Kraftstoffverteiler umfasst, wenn der Druck des ersten Kraftstoffverteilers unter den Schwellenwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das erneute Aussetzen des Pumpens von Kraftstoff in beide Kraftstoffverteiler und das Wiederaufnehmen des Korrelierens umfasst, nachdem der erste Kraftstoffverteilerdruck über den Schwellenwert zurückgekehrt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Korrelieren das Angeben der Verschlechterung der Kanaleinspritzdüse des ersten Zylinders enthält, wenn die Abnahme des Drucks höher als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Korrelieren das Angeben der Verschlechterung der Kanaleinspritzdüse des ersten Zylinders enthält, wenn die Abnahme des Drucks niedriger als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Unter-Druck-Setzen sowohl des ersten als auch des zweiten Kraftstoffverteilers das Unter-Druck-Setzen des ersten Kraftstoffverteilers sowohl über eine Hochdruckpumpe als auch über eine Saugpumpe und das Unter-Druck-Setzen des zweiten Kraftstoffverteilers nur über die Saugpumpe enthält; und wobei das Aussetzen des Pumpens von Kraftstoff in beide Kraftstoffverteiler das gleichzeitige Sperren sowohl der Hochdruckpumpe als auch der Saugpumpe; und das Aufrechterhalten beider Pumpen im gesperrten Zustand während des Korrelierens enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei jeder Kraftmaschinenzylinder eine Kanaleinspritzdüse und eine Direkteinspritzdüse enthält und wobei der erste Kraftstoffverteiler an die Direkteinspritzdüsen des Zylinders gekoppelt ist und der zweite Kraftstoffverteiler an die Kanaleinspritzdüsen des Zylinders gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, das nach der Korrelationsoperation der Kanaleinspritzdüse des ersten Zylinders Folgendes umfasst: erneutes Unter-Druck-Setzen sowohl des ersten als auch des zweiten Kraftstoffverteilers; erneutes Aussetzen des Pumpens von Kraftstoff in beide Kraftstoffverteiler; Kanaleinspritzung von Kraftstoff von dem zweiten Kraftstoffverteiler in nur einen zweiten Zylinder während der Kraftstoff-Direkteinspritzung von dem ersten Kraftstoffverteiler in alle verbleibenden Zylinder; und Korrelieren des Betriebs der Kanaleinspritzdüse des zweiten Zylinders basierend auf einer Abnahme des Drucks in dem zweiten Kraftstoffverteiler, während ein Druck des ersten Kraftstoffverteilers über dem Schwellenwert bleibt.
System, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine, die einen ersten und einen zweiten Zylinder enthält, eine Kanaleinspritzdüse und eine Direkteinspritzdüse, die sowohl an den ersten als auch an den zweiten Zylinder gekoppelt sind; einen ersten Kraftstoffverteiler, der an die Direkteinspritzdüse jedes Zylinders gekoppelt ist; einen zweiten Kraftstoffverteiler, der an die Kanaleinspritzdüse jedes Zylinders gekoppelt ist; eine Saugpumpe, um den ersten und den zweiten Kraftstoffverteiler unter Druck zu setzen; eine Hochdruckpumpe, um den ersten Kraftstoffverteiler weiter unter Druck zu setzen; und ein Steuersystem mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: nach dem Unter-Druck-Setzen sowohl des ersten als auch des zweiten Kraftstoffverteilers; gleichzeitigen Aussetzen des Betriebs beider Pumpen; und zur Kraftstoffbeaufschlagung des ersten Zylinders nur über die Kanaleinspritzdüse, während der zweite Zylinder nur über die Direkteinspritzdüse mit Kraftstoff beaufschlagt wird, während einer ersten Bedingung; zur Kraftstoffbeaufschlagung des zweiten Zylinders nur über die Kanaleinspritzdüse, während der erste Zylinder nur über die Direkteinspritzdüse mit Kraftstoff beaufschlagt wird, während einer zweiten Bedingung; und zum Diagnostizieren der Kanaleinspritzdüse basierend auf einer Änderung des zweiten Kraftstoffverteilerdrucks nach der Kraftstoffbeaufschlagung während beider Bedingungen.
System nach Anspruch 19, wobei während beider Bedingungen ein Druck des ersten Kraftstoffverteilers über einem Schwellendruck liegt und wobei das Diagnostizieren Folgendes enthält: während der ersten Bedingung Diagnostizieren der Verschlechterung der Kanaleinspritzdüse, die an den ersten Zylinder gekoppelt ist, basierend auf einem geschätzten Abfall des zweiten Kraftstoffverteilerdrucks, der von einem erwarteten Abfall des zweiten Kraftstoffverteilerdrucks verschieden ist; und während der zweiten Bedingung Diagnostizieren der Verschlechterung der Kanaleinspritzdüse, die an den zweiten Zylinder gekoppelt ist, basierend auf dem geschätzten Abfall des zweiten Kraftstoffverteilerdrucks, der von dem erwarteten Abfall des zweiten Kraftstoffverteilerdrucks verschieden ist.