DE102016208195A1

DE102016208195A1 - Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016208195A1
Application number: DE102016208195.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Alexander Schenck Zu Schweinsberg; Achim Hirchenhein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-11-16
Also published as: KR102229549B1; CN109072804A; US20190145313A1; KR20190007443A; CN109072804B; JP6945556B2; US10781748B2; JP2019515187A; WO2017194283A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine, bei der mittels mehrerer Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in zugehörige Brennräume eingespritzt wird, wobei ein für eine statische Durchflussrate von Kraftstoff durch einen der Kraftstoffinjektoren repräsentativer, erster Wert (Rstat,2) ermittelt wird, wobei ein für eine Laufruhe der Brennkraftmaschine repräsentativer, zweiter Wert (∆n) ermittelt wird, wobei, wenn wenigstens einer der beiden Werte (Rstat,2, ∆n) von einem jeweils zugehörigen Vergleichswert (R'stat, ∆n0) abweicht, auf einen Fehler (F) geschlossen wird, und wobei auf Basis von Abweichungen der beiden repräsentativen Werte (Rstat,2, ∆n) von dem jeweils zugehörigen Vergleichswert (R'stat, ∆n0) der Fehler (F) dem Kraftstoffinjektor und/oder wenigstens einer weiteren Komponente und/oder wenigstens einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Kraftfahrzeugen gelten hinsichtlich einzuhaltender Emissionen von Schadstoffen teilweise sehr strenge Grenzwerte. Um aktuelle und insbesondere auch zukünftige Emissions- bzw. Abgasgrenzwerte einzuhalten, ist u.a. eine genaue Kraftstoffzumessung bei der Einspritzung entscheidend.
Dabei ist jedoch zu Berücksichtigen, dass bei der Zumessung verschiedene Toleranzen auftreten. Solche Zumesstoleranzen resultieren im Allgemeinen aus exemplarabhängiger Nadeldynamik und exemplarabhängiger statischer Durchflussrate der Kraftstoffinjektoren. Ein Einfluss der Nadeldynamik kann bspw. durch einen mechatronischen Ansatz, wie bspw. einer sog. "Controlled Valve Operation" (CVO) reduziert werden.
Bei einer CVO werden Ansteuerzeiten der Kraftstoffinjektoren im Sinne einer Regelung bspw. über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs hinweg angepasst. Dabei wird während der Einspritzung das Ansteuersignal erfasst und parallel aus Öffnungs- und Schließzeitpunkt die Offendauer der Ventilnadel ermittelt. Somit kann die tatsächliche Offendauer jedes Injektors errechnet und gegebenenfalls nachgeregelt werden. In der DE 10 2009 002 593 A1 wird ein solches Verfahren zum Regeln einer Ist-Offendauer eines Ventils auf eine Soll-Offendauer beschrieben.
Mögliche Fehler bei der statischen Durchflussrate resultieren aus Toleranzen der Einspritzlochgeometrie und des Nadelhubs. Die Einspritzlochgeometrie wird oftmals hinsichtlich guter Emissionswerte optimiert, wodurch allerdings eine Sensitivität für eine Verkokung steigen kann. Solche Fehler können bisher meist nur global, d.h. hinsichtlich aller Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine gemeinsam, bspw. auf Basis einer Lambdaregelung bzw. Gemischadaption korrigiert werden. Damit kann jedoch nicht erkannt werden, ob einzelne Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine eine Abweichung hinsichtlich ihrer statischen Durchflussrate aufweisen (d.h. bei gleicher Offendauer unterschiedliche Mengen abgeben), die abgas- oder laufruherelevant sein können.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2015 205 877 ist bspw. ein Verfahren bekannt, um eine statische Durchflussrate eines Kraftstoffinjektors oder einen dafür repräsentativen Wert zu ermitteln.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine, bei der mittels mehrerer Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in zugehörige Brennräume eingespritzt wird. Dabei werden ein für eine statische Durchflussrate von Kraftstoff durch einen der Kraftstoffinjektoren repräsentativer, erster Wert und ein für eine Laufruhe der Brennkraftmaschine repräsentativer, zweiter Wert, bspw. eine Drehzahlschwankung, ermittelt. Wenn wenigstens einer der beiden repräsentativen Werte von einem jeweils zugehörigen Vergleichswert abweicht, wird auf einen Fehler geschlossen und auf Basis von Abweichungen der beiden repräsentativen Werte von dem jeweils zugehörigen Vergleichswert wird der Fehler dem Kraftstoffinjektor und/oder wenigstens einer weiteren Komponente und/oder wenigstens einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die Vergleichswerte können dabei bspw. wiederholt oder kontinuierlich aktualisiert werden. Zweckmäßig kann es dabei auch sein, dieses Verfahren für jeden der Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine durchzuführen. Zweckmäßig kann es auch sein, dass eine Abweichung bspw. nur dann als Abweichung erkannt gelten soll, wenn die Abweichung eine gewisse Schwelle überschreitet, um mögliche, aufgrund von Messtoleranzen fälschlich erkannte Fehler zu vermeiden.
Durch die eingangs erwähnten Verfahren der CVO und der Ermittlung der statischen Durchflussrate eines Kraftstoffinjektors können zwar von den Kraftstoffinjektoren abhängige Zumessfehler erkannt und reduziert werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht nunmehr jedoch darüber hinaus auch eine weitere Zuordnung eines Fehlers nicht nur den Kraftstoffinjektoren sondern auch, sofern zutreffend, weiteren Komponenten der Brennkraftmaschine und/oder Betriebsphasen der Brennkraftmaschine. Die wenigstens eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine kann dabei insbesondere ein Luftzufuhrsystem und/oder eine Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine umfassen. Die wenigstens eine Betriebsphase der Brennkraftmaschine kann dabei eine Kompression von Luft-Kraftstoff-Gemisch und/oder einen Zündvorgang in der Brennkraftmaschine umfassen. Bei all diesen Komponenten bzw. Betriebsphasen können, wie auch bei der Nadelhubdynamik, den Toleranzen der Einspritzlochgeometrie und des Nadelhubs der Kraftstoffinjektoren Störungen auftreten, die Auswirkungen auf den Betrieb der Brennkraftmaschine haben können. Die Erfindung macht sich nun zunutze, dass sich Abweichungen bei den Kraftstoffinjektoren und Störungen der übrigen Komponenten bzw. Betriebsphasen unterschiedlich auf die statische Durchflussrate einzelner Kraftstoffinjektoren und die Laufruhe der Brennkraftmaschine auswirken. Auf diese Weise ist eine weitere Unterscheidung bzw. Zuordnung der Fehler möglich, was eine effektivere Fehlerbehebung erlaubt.
Vorzugsweise wird, wenn nur der erste Wert von dem zugehörigen Vergleichswert abweicht, der Fehler dem Kraftstoffinjektor zugeordnet. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Fehler allein auf den Kraftstoffinjektor zurückzuführen ist, da eine Abweichung der statischen Durchflussrate bzw. eines hierfür repräsentativen Werts nur auf möglichen Störungen oder Verschmutzungen des Kraftstoffinjektors basieren kann. Zweckmäßig kann es dann sein, den Kraftstoffinjektor als degradiert oder defekt zu kennzeichnen und einen Tausch, bspw. im Rahmen eines späteren Werkstattbesuchs, vorzusehen.
Vorteilhafterweise wird, wenn nur der zweite Wert von dem zugehörigen Vergleichswert abweicht, der Fehler der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Fehler nicht auf den Kraftstoffinjektor zurückzuführen ist, da eine Störung oder eine Verschmutzung des Kraftstoffinjektors in aller Regel auch eine Abweichung der statischen Durchflussrate bzw. eines hierfür repräsentativen Werts zur Folge hätte. Zweckmäßig kann es dann sein, einen Hinweis bzw. Eintrag oder dergleichen in einem Fehlerspeicher zu hinterlegen, um einen Tausch oder eine Reparatur der entsprechenden Komponente bzw. eine Überprüfung von Einstellungen der entsprechenden Betriebsphase, bspw. im Rahmen eines späteren Werkstattbesuchs, vorzusehen bzw. anzuzeigen.
Vorzugsweise wird, wenn beide Werte von ihren zugehörigen Vergleichswerten abweichen, der Fehler einerseits dem Kraftstoffinjektor und andererseits der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Fehler sowohl auf den Kraftstoffinjektor als auch auf eine weitere Komponente bzw. eine Betriebsphase zurückzuführen ist, da eine Störung oder eine Verschmutzung des Kraftstoffinjektors in aller Regel eine Abweichung der statischen Durchflussrate bzw. eines hierfür repräsentativen Werts zur Folge hat, andererseits aber in der Regel keinen Einfluss auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine hat. Zweckmäßig kann es dann sein, einen Hinweis bzw. Eintrag oder dergleichen in einem Fehlerspeicher zu hinterlegen, um einen Tausch oder ein Reparatur der entsprechenden Komponente bzw. eine Überprüfung von Einstellungen der entsprechenden Betriebsphase, bspw. im Rahmen eines späteren Werkstattbesuchs, vorzusehen bzw. anzuzeigen. Zudem kann bspw. vorgesehen werden, präventiv alle Kraftstoffinjektoren zu reinigen.
Vorteilhafterweise wird, wenn der Fehler der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet wird, unter Berücksichtigung einer Lambda-Regelung eine weiter detailliertere Zuordnung des Fehlers vorgenommen. Mittels einer Auswertung eines Lambda-Wertes bzw. einer Regelung des Lambda-Wertes kann bspw. erkannt werden, ob einer Verbrennung weniger oder mehr Luft als gewünscht zugeführt wird oder ob bspw. der Zündzeitpunkt nicht wie gewünscht eingehalten wird. Auf diese Weise ist also sehr einfach eine weiter detailliertere Zuordnung des Fehlers möglich.
Es ist von Vorteil, wenn eine Information über den Fehler in einem Fehlerspeicher hinterlegt wird, wenn wenigstens einer der beiden Werte um mehr als einen zugehörigen ersten Schwellwert von seinem zugehörigen Vergleichswert abweicht. Als jeweiliger erster Schwellwert können hier bspw. 10% des zugehörigen Vergleichswertes verwendet werden. Bei einer solchen Abweichung ist eine Funktionseinschränkung der Brennkraftmaschine in der Regel noch nicht sicherheitskritisch, sollte jedoch beim nächsten Werkstattbesuch behoben werden. Insofern kann die Hinterlegung der Information einen Eintrag in einem Fehlerspeicher umfassen. Auf diese Weise ist eine einfache Anweisung für einen Austausch des Kraftstoffinjektors oder einer weiteren Komponente oder eine Überprüfung möglich. Diese jeweiligen ersten Schwellwerte können dabei auch als diejenigen (bereits erwähnten) Schwellwerte verwendet werden, bei deren Überschreiten jeweils eine Abweichung eines der Werte vom zugehörigen Vergleichswert als erkannt gilt.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine Warnung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, das die Brennkraftmaschine aufweist, wenn wenigstens einer der beiden Werte um mehr als einen zugehörigen zweiten Schwellwert, der größer als der jeweilige erste Schwellwert ist, von seinem zugehörigen Vergleichswert abweicht. Als jeweiliger zweiter Schwellwert können hier bspw. 25% des jeweiligen Vergleichswerts verwendet werden. Bei einer solchen Abweichung ist eine Funktionseinschränkung möglicherweise schon sicherheitskritisch und es sollte schnellstmöglich ein Werkstattbesuch oder zumindest eine belastungsarme Fahrweise erfolgen. Insofern kann die Warnung bspw. das Aufleuchten eine Warnlampe (z.B. Motorkontrollleuchte (MIL)) und/oder eine Meldung in einem Display im Kraftfahrzeug umfassen. Auf diese Weise ist eine einfache Vermeidung einer sicherheitskritischen Situation möglich.
Es ist auch von Vorteil, wenn ein Verlauf der Abweichungen des ersten und/oder zweiten Wertes von dem jeweiligen Vergleichswert über eine Laufleistung der Brennkraftmaschine erfasst und hinterlegt wird. Die Hinterlegung kann bspw. in einem Speicher in einem ausführenden Steuergerät erfolgen. Auf diese Weise können die Daten sehr einfach für eine Werkstatt zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist damit bspw. ein gezielter Austausch eines defekten Kraftstoffinjektors möglich. Zudem können diese Felddaten gespeichert und bspw. später ausgewertet werden. Auf diese Weise kann bspw. auch ein nötiger Zusatz eines Reinigungsadditivs erkannt werden, wenn bspw. eine Verschmutzung bzw. eine Verkokung von Kraftstoffinjektor häufig beobachtet wird. Weiterhin kann bspw. auf ein allgemeines Fertigungsproblem, eine Eigenschaft der Kraftstoffinjektor-Auslegung, bedingt durch kritische Einsatzbedingungen (Temperatur, Medium oder dergleichen) oder einen Einbaupositionseffekt (bspw. am Zylinderkopf) geschlossen und frühzeitig darauf reagiert werden. Gleiches gilt für das Luftzufuhrsystem, z.B. hinsichtlich eines Verdachts auf einen verstopften Luftfilter wegen Schmutz in der angesaugten Luft (Sand, Staub oder dergleichen) oder einer Undichtigkeit, z.B. auf Grund eines porösen Luftschlauchs.
Vorzugsweise wird ein dem ersten Wert zugehöriger erster Vergleichswert unter Berücksichtigung von entsprechenden ersten Werten aller oder aller übrigen Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine, insbesondere als Mittelwert, ermittelt. Damit ist ein besonders effektiver Vergleich mit den übrigen Kraftstoffinjektoren möglich. Insbesondere braucht bei dieser Vorgehensweise die tatsächliche Durchflussrate nicht ermittelt werden, da nur die jeweiligen repräsentativen Werte herangezogen werden, was für einen relativen Vergleich, d.h. der Ermittlung ob ggf. die Durchflussrate bei einem Kraftstoffinjektor von denen der anderen Kraftstoffinjektoren abweicht, ausreichend ist. Insbesondere sind auf diese Weise eventuelle systematische Messfehler vernachlässigbar. Wenn die Umrechnungswerte zum Umrechnen des repräsentativen Werts in die zugehörige Durchflussrate bekannt sind, ist es jedoch auch denkbar, als repräsentative Werte direkt die Durchflussrate zu verwenden. Die Umrechnungswerte umfassen dabei bspw. ausreichend genaue Informationen über Kraftstoffart, insbesondere den Ethanolgehalt, eine Kraftstofftemperatur und einen Druck im Hochdruckspeicher, den sog. Raildruck. Insbesondere kann sich hierbei zunutze gemacht werden, dass eine Abweichung der Durchflussrate bzw. des repräsentativen Werts für jeden Kraftstoffinjektor in der Regel unterschiedlich ist.
Zweckmäßigerweise werden vor Ermittlung der beiden Werte Abweichungen der statischen Durchflussraten und/oder Abweichungen von Offendauern bei Einspritzvorgängen jeweils zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine reduziert, insbesondere minimiert. Dies kann bspw. gemäß den eingangs erwähnten Verfahren der CVO und der Ermittlung der statischen Durchflussrate eines Kraftstoffinjektors erfolgen. Auf diese Weise kann die in dem vorgeschlagenen Verfahren vorgenommene Zuordnung des Fehlers noch genauer erfolgen.
Der erste Wert kann bspw. ermittelt werden, indem bei wenigstens einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis einer im Hochdruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird. Dabei kann ausgenutzt werden, dass die von einem Kraftstoffinjektor während eines Einspritzvorgangs abgegebene Kraftstoffmenge bzw. dessen Volumen proportional oder zumindest hinreichend proportional zu der zugehörigen Druckdifferenz, d.h. dem Druckunterschied vor und nach dem Einspritzvorgang, im Hochdruckspeicher ist. Wenn nun zudem eine für den Einspritzvorgang charakteristische Dauer bekannt ist, kann aus dem Verhältnis dieser Druckdifferenz und der zugehörigen Dauer ein Wert ermittelt werden, der bis auf einen Proportionalitätsfaktor der statischen Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor entspricht. Auf diese Weise kann sehr einfach ein für die Durchflussrate repräsentativer Wert erhalten werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
2 zeigt in einem Diagramm ein Durchflussvolumen bei einem Kraftstoffinjektor über die Zeit.
3 zeigt in einem Diagramm einen Druckverlauf in einem Hochdruckspeicher während eines Einspritzvorgangs.
4 zeigt in einem Diagramm einen Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine mit Drehzahlschwankungen und einem zugehörigen Vergleichswert bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
5 zeigt einen für eine statische Durchflussrate repräsentativen ersten Wert und einen zugehörigen Vergleichswert bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
6 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 100 gezeigt, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 100 drei Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 105. Jedem Brennraum 105 ist ein Kraftstoffinjektor 130 zugeordnet, welcher wiederum jeweils an einen Hochdruckspeicher 120, ein sog. Rail, angeschlossen ist, über welchen er mit Kraftstoff versorgt wird. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen anderen Anzahl an Zylindern, bspw. vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder, durchgeführt werden kann.
Weiter wird der Hochdruckspeicher 120 über eine Hochdruckpumpe 110 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 140 gespeist. Die Hochdruckpumpe 110 ist mit der Brennkraftmaschine 100 gekoppelt, und zwar bspw. derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird. Weiterhin ist ein Luftzufuhrsystem 150 gezeigt, über welches Luft den einzelnen Brennräumen bzw. Zylindern 105 zugeführt werden kann.
Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 130 zum Zumessen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 105 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Verbindung vom Motorsteuergerät 180 zu einem Kraftstoffinjektor 130 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass jeder Kraftstoffinjektor 130 an das Motorsteuergerät entsprechend angeschlossen ist. Jeder Kraftstoffinjektor 130 kann dabei spezifisch angesteuert werden. Ferner ist das Motorsteuergerät 130 dazu eingerichtet, den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 120 mittels eines Drucksensors 190 zu erfassen.
In 2 ist in einem Diagramm ein kumuliertes Durchflussvolumen V durch einen Kraftstoffinjektor über die Zeit t bei einer lange andauernden Ansteuerung des Kraftstoffinjektors dargestellt. Zum Zeitpunkt t₀ beginnt dabei eine Ansteuerzeit und zum Zeitpunkt t₁ beginnt sich die Ventilnadel zu heben. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt somit auch eine Offendauer des Kraftstoffinjektors. Dabei ist zu sehen, dass das kumulierte Durchflussvolumen V bzw. die durch den Kraftstoffinjektor geflossene Kraftstoffmenge nach einer kurzen Zeitdauer während des Anhebens der Ventilnadel über einen weiten Bereich konstant ansteigt. In diesem Bereich befindet sich die Ventilnadel im sog. Vollhub, d.h. die Ventilnadel ist vollständig bzw. bis zu einer Soll-Höhe angehoben.
Während dieser Zeit fließt eine konstante Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit durch die Ventilöffnung des Kraftstoffinjektors, d.h. die statische Durchflussrate Q_stat, die die Steigung des kumulierten Durchflussvolumens V angibt, ist konstant. Die Größe der statischen Durchflussrate ist dabei ein wesentlicher Faktor, der, wie eingangs bereits erwähnt, die insgesamt während eines Einspritzvorgangs eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt. Abweichungen bzw. Toleranzen in der statischen Durchflussrate wirken sich daher auf die eingespritzte Kraftstoffmenge pro Einspritzvorgang aus.
Zum Zeitpunkt t₂ endet die Ansteuerzeit und es beginnt die Schließzeit. Dabei beginnt die Ventilnadel, sich zu senken. Die Schließzeit und die Offendauer enden zum Zeitpunkt t₃, wenn die Ventilnadel wieder vollständig das Ventil verschließt.
In 3 ist in einem Diagramm ein Druckverlauf in einem Hochdruckspeicher während eines Einspritzvorgangs über die Zeit t dargestellt. Hierbei ist zu sehen, dass der Druck p im Hochdruckspeicher, von gewissen Schwankungen aufgrund von Pumpenförderungen abgesehen, im Wesentlichen konstant ist. Während des Einspritzvorgangs, der eine Zeitdauer ∆t andauert, sinkt der Druck p im Hochdruckspeicher um einen Wert ∆p.
Anschließend bleibt der Druck p, wieder von gewissen Schwankungen abgesehen, auf dem niedrigeren Niveau, bis durch eine Nachförderung durch die Hochdruckpumpe der Druck p wieder auf das Ausgangsniveau ansteigt.
Die Erfassung und Auswertung dieser Druckeinbrüche bei Einspritzvorgängen erfolgt dabei mit üblicherweise ohnehin vorhandenen Komponenten, wie bspw. dem Drucksensor 190 und dem Motorsteuergerät 180 inkl. entsprechender Eingangsbeschaltung. Zusätzliche Komponenten sind daher nicht nötig. Diese Auswertung erfolgt individuell für jeden Brennraum 105.
Die statische Durchflussrate Q_stat durch den Kraftstoffinjektor ist, wie bereits erwähnt, charakterisiert durch die eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. dessen Volumen pro Zeit. In einem auf Systemdruck aufgepumpten Hochdruckspeicher bzw. Rail ist das eingespritzte Volumen proportional zum Druckeinbruch im Rail. Die zugehörige Zeitdauer entspricht dabei der Offendauer des Kraftstoffinjektors, die bspw., wie eingangs erwähnt, mechatronisch mittels einer sog. CVO (siehe z.B. DE 10 2009 002 593 A1 ) bestimmt werden kann.
Durch eine Quotientenbildung zwischen Druckeinbruch bzw. Druckdifferenz ∆p und Offendauer bzw. Zeitdauer der Einspritzung ∆t erhält man eine Druckrate als Ersatzwert bzw. ersten repräsentativen Wert R_stat = ∆p/∆t für die statische Durchflussrate Q_stat, d.h. für einen Messvorgang gilt Q_stat ☐ ∆p / ∆t. Eine Nachförderung durch die Hochdruckpumpe sollte hierbei nicht in das relevante Zeitfenster fallen. Eine Nachförderung ist daher ggf. zu unterdrücken.
Um die Genauigkeit des ersten repräsentativen Werts R_stat zu erhöhen, kann bspw. eine Mittelwertbildung über mehrere solche Einspritzvorgänge hinweg vorgenommen werden.
Wenn als erster, dem ersten repräsentativen Wert zugehöriger, Vergleichswert bspw. ein Mittelwert der einzelnen ersten repräsentativen Werten aller Kraftstoffinjektoren verwendet wird, so kann eine Abweichung eines Kraftstoffinjektors hinsichtlich dessen ersten repräsentativen Werts ermittelt und gegenüber dem ersten Vergleichswert reduziert bzw. minimiert werden. Dies kann auch für mehrere oder alle Kraftstoffinjektoren durchgeführt werden.
Denkbar ist es auch, dass bei der Berechnung des ersten Vergleichswertes alle Kraftstoffinjektoren außer demjenigen, welcher gerade überprüft werden soll, herangezogen werden.
In 4 ist in einem Diagramm ein Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine mit Drehzahlschwankungen als für die Laufruhe repräsentativen, zweiten Wert dargestellt. Hierzu ist die Drehzahl n über die Zeit t aufgetragen. Die Drehzahlschwankung ∆n, hier die maximale Abweichung der Drehzahl n gegenüber einem Mittelwert n₀, kann dabei als Maß für die Laufruhe der Brennkraftmaschine dienen.
Als zugehöriger, zweiter Vergleichswert kann hier bspw. die Drehzahlschwankung ∆n₀ herangezogen werden. Dabei sollte berücksichtigt werden, dass in der Regel immer gewisse Drehzahlschwankungen, d.h. Abweichungen des maximal auftretenden Werts vom Mittelwert, auftreten und daher nicht bereits bei einer Abweichung der – wie hier definierten – Drehzahlschwankung vom Mittelwert n₀ ausgegangen werden kann.
Es ist jedoch zweckmäßig, dass nur dann eine Abweichung des zweiten repräsentativen Werts vom zugehörigen Vergleichswert als erkannt gilt, wenn die Abweichung vom zugehörigen Vergleichswert ∆n₀ größer als der hier gezeigte, zugehörige erste Schwellwert ∆n₁ ist, um eventuelle Messtoleranzen zu berücksichtigen.
Es ist jedoch auch denkbar als zweiten repräsentativen Wert eine mittlere Drehzahl, gemittelt über eine bestimmte Anzahl, bspw. ein, zwei oder drei, Umdrehungen der Brennkraftmaschine, zu verwenden. In diesem Fall könnte als zugehöriger zweiter Vergleichswert auch der Mittelwert n₀, der dann über eine deutlich höhere Anzahl an Umdrehungen, bspw. 20 oder 30, ermittelt werden sollte, verwendet werden.
Auf den ersten Schwellwert ∆n₁ sowie den ebenfalls gezeigten und zur Drehzahlschwankung gehörigen zweiten Schwellwert ∆n₂ soll später noch genauer eingegangen werden.
In 5 sind in einem Diagramm beispielhaft drei repräsentative Werte R_stat,1, R_stat,2 und R_stat,3 gezeigt, wie sie bspw. für die in 1 gezeigten Kraftstoffinjektoren gemäß dem oben erläuterten Verfahren ermittelt werden können.
Weiterhin ist ein erster Vergleichswert R'_stat gezeigt, der beispielhaft aus den beiden repräsentativen Werten R_stat,1 und R_stat,3 gewonnen wird, bspw. als arithmetischer Mittelwert. Der erste Vergleichswert wird somit aus allen übrigen Kraftstoffinjektoren außer dem untersuchten Kraftstoffinjektor ermittelt. Es ist jedoch auch denkbar, dass der erste Vergleichswert aus allen drei (bzw. allen vorhandenen) Kraftstoffinjektoren, d.h. inklusive dem untersuchten Kraftstoffinjektor, ermittelt wird.
Eine Abweichung des zweiten repräsentativen Werts, hier R_stat,2, vom zugehörigen Vergleichswert R'_stat kann nun bspw. dann als erkannt gelten, wenn der zweite repräsentative Wert R_stat,2 vom Vergleichswert R'_stat überhaupt abweicht. Vorzugsweise, insbesondere auch zur Berücksichtigung eventueller Messtoleranzen, sollte jedoch eine Abweichung nur als erkannt gelten, wenn die Abweichung größer als ein gewisser Schwellwert ist. Hierbei kann es sich bspw. um einen zum zweiten repräsentativen Wert gehörigen ersten Schwellwert ∆R₁ handeln.
Auf den ersten Schwellwert ∆R₁ sowie den ebenfalls gezeigten und zum zweiten repräsentativen Wert gehörigen zweiten Schwellwert ∆R₂ soll später noch genauer eingegangen werden.
In 6 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Zunächst können die Abweichungen der statischen Durchflussraten und/oder Abweichungen von Offendauern bei Einspritzvorgängen jeweils zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine reduziert, insbesondere minimiert, werden, wie dies eingangs bspw. hinsichtlich der CVO erwähnt wurde.
Weiterhin können die Abweichungen der Kraftstoffinjektoren hinsichtlich deren ersten repräsentativen Werte ermittelt und gegenüber dem ersten Vergleichswert reduziert bzw. minimiert werden, wie dies ebenfalls bereits, u.a. in Bezug auf 3, erwähnt wurde.
Weiterhin kann nun, wie gezeigt, der erste repräsentative Wert R_stat,2 hinsichtlich einer Abweichung von dem zugehörigen, ersten Vergleichswert R'_stat überprüft werden. Der erste repräsentative Wert kann hierzu nach der Reduzierung bzw. Minimierung der Abweichung des ersten repräsentativen Werts erneut ermittelt werden. Weiterhin kann der zweite repräsentative Wert ∆n hinsichtlich einer Abweichung von dem zugehörigen zweiten Vergleichswert ∆n₀ überprüft werden.
Eine Abweichung kann dann als erkannt gelten, wenn der jeweilige repräsentative Wert bspw. um mehr als den jeweiligen ersten Schwellwert von dem jeweiligen Vergleichswert abweicht, wie dies bspw. in Bezug auf die 4 und 5 näher erläutert wurde.
Sofern nun wenigstens einer der beiden repräsentativen Werte R_stat,2 bzw. ∆n von dem zugehörigen Vergleichswert R_'stat bzw. ∆n₀ abweicht, so kann auf einen Fehler F geschlossen werden.
In Abhängigkeit davon, ob nur einer der beiden repräsentativen Werte von dem zugehörigen Vergleichswert abweicht oder ob beide repräsentativen Werte von den zugehörigen Vergleichswerten abweichen, kann nun der Fehler unterschiedlich zugeordnet werden.
Wenn nur der erste repräsentative Wert R_stat,2 von dem zugehörigen Vergleichswert R_'stat abweicht, so wird der Fehler dem entsprechenden Kraftstoffinjektor zugeordnet, wie dies hier mittels des Bezugszeichens F₁ gekennzeichnet ist.
Wenn nur der zweite repräsentative Wert ∆n von dem zugehörigen Vergleichswert ∆n₀ abweicht, so wird der Fehler der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet, wie dies hier mittels des Bezugszeichens F₂ gekennzeichnet ist.
Wenn beide repräsentativen Werte R_stat,2 und ∆n von den zugehörigen Vergleichswerten R'_stat bzw. ∆n₀ abweichen, so wird der Fehler dem Kraftstoffinjektor und der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine zugeordnet, wie dies hier mittels des Bezugszeichens F₃ gekennzeichnet ist.
Bzgl. näherer Erläuterungen hinsichtlich der Zuordnung des Fehlers sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen.
Wenn der repräsentative Wert (oder, je nach Situation, beide) zwar um mehr als den jeweiligen ersten Schwellwert, jedoch weniger als den jeweiligen zweiten Schwellwert von dem zugehörigen Vergleichswert abweicht, so wie dies bspw. in 5 für den ersten repräsentativen Wert gezeigt ist, so kann die Information über den Fehler bspw. in einem Fehlerspeicher hinterlegt werden.
Sollte bspw. bei einer späteren Überprüfung einer der der repräsentative Werte um mehr als den jeweiligen zweiten Schwellwert vom zugehörigen Vergleichswert abweichen, so kann bspw. eine Warnmeldung an einen Fahrer abgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009002593 A1 [0004, 0039]
DE 102015205877 [0006]

Claims

Verfahren zur Fehlerdiagnose bei einer Brennkraftmaschine (100), bei der mittels mehrerer Kraftstoffinjektoren (130) Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (120) in zugehörige Brennräume (105) eingespritzt wird, wobei ein für eine statische Durchflussrate (Q_stat) von Kraftstoff durch einen der Kraftstoffinjektoren (130) repräsentativer, erster Wert (R_stat,2) ermittelt wird, wobei ein für eine Laufruhe der Brennkraftmaschine (100) repräsentativer, zweiter Wert (∆n) ermittelt wird, wobei, wenn wenigstens einer der beiden Werte (R_stat,2, ∆n) von einem jeweils zugehörigen Vergleichswert (R'_stat, ∆n₀) abweicht, auf einen Fehler (F) geschlossen wird, und wobei auf Basis von Abweichungen der beiden Werte (R_stat,2, ∆n) von dem jeweils zugehörigen Vergleichswert (R'_stat, ∆n₀) der Fehler (F) dem Kraftstoffinjektor (130) und/oder wenigstens einer weiteren Komponente und/oder wenigstens einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine (100) ein Luftzufuhrsystem (150) und/oder eine Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine (100) umfasst, und/oder wobei die wenigstens eine Betriebsphase der Brennkraftmaschine (100) eine Kompression von Luft-Kraftstoff-Gemisch und/oder einen Zündvorgang in der Brennkraftmaschine (100) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn nur der erste Wert (R_stat,2) von dem zugehörigen Vergleichswert (R'_stat) abweicht, der Fehler (F) dem Kraftstoffinjektor (130) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn nur der zweite Wert (∆n) von dem zugehörigen Vergleichswert (∆n₀) abweicht, der Fehler (F) der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn beide Werte (R_stat,2, ∆n) von den zugehörigen Vergleichswerten (R'_stat, ∆n₀) abweichen, der Fehler (F) dem Kraftstoffinjektor (130) und der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn der Fehler (F) der wenigstens einen weiteren Komponente und/oder der wenigstens einen Betriebsphase der Brennkraftmaschine (100) zugeordnet wird, unter Berücksichtigung einer Lambda-Regelung eine weiter detailliertere Zuordnung des Fehlers (F) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Information über den Fehler (F) in einem Fehlerspeicher hinterlegt wird, wenn wenigstens einer der Werte (R_stat,2, ∆n) um mehr als einen zugehörigen ersten Schwellwert (∆R₁, ∆n₁) von dem zugehörigen Vergleichswert (R'_stat, ∆n₀) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Warnung an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs, das die Brennkraftmaschine (100) aufweist, erfolgt, wenn wenigstens einer der Werte (R_stat,2, ∆n₀) um mehr als einen zugehörigen zweiten Schwellwert (∆R₂, ∆n₂), der größer als der zugehörige erste Schwellwert (∆R₁, ∆n₁) ist, von dem zugehörigen Vergleichswert (R'_stat, ∆n₀) abweicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Verlauf der Abweichung des ersten und/oder zweiten Werts (R_stat,2, ∆n₀) von dem zugehörigen Vergleichswert (R'_stat, ∆n₀) über einer Laufleistung der Brennkraftmaschine (100) erfasst und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein dem ersten Wert (R_stat,2) zugehöriger erster Vergleichswert (R'_stat) unter Berücksichtigung von entsprechenden ersten Werten (R_stat,1, R_stat,2, R_stat,3) aller oder aller übrigen Kraftstoffinjektoren (130) der Brennkraftmaschine (100), insbesondere als Mittelwert, ermittelt (100) wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vor Ermittlung der beiden Werte (R_stat,2, ∆n₀) Abweichungen der statischen Durchflussraten (Q_stat) und/oder Abweichungen von Offendauern bei Einspritzvorgängen jeweils zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren (130) der Brennkraftmaschine (100) reduziert, insbesondere minimiert, werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Wert (∆n₀) eine Drehzahlschwankung der Brennkraftmaschine (100) umfasst.
Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.