DE102018214409A1

DE102018214409A1 - Verfahren zur Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, Computerprogramm

Info

Publication number: DE102018214409A1
Application number: DE102018214409.5A
Authority: DE
Inventors: Marc Knoblauch-Xander; Andreas Hastall; Markus Waibler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-02-27
Also published as: WO2020043376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzsystems, bei dem der Kraftstoffdruck in einem Hochdruckspeicher gemessen wird. Erfindungsgemäß werden die den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher betreffenden Messdaten in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ausgewertet, wobei eine Kraftstoffdruckregelabweichung im Hochdruckspeicher erkannt und zur Vorhersage eines konkreten Fehlerfalls oder bei bereits eingetretenem Fehlerfall zur Lokalisierung eines konkreten Defekts genutzt wird.Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens vorgesch lagen.
Stand der Technik
Eine Kraftstoffeinspritzanlage dient der Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff. Der Kraftstoff wird hierzu einem Kraftstofftank entnommen, mit Druck beaufschlagt und einem Brennraum bzw. Zylinder des Verbrennungsmotors zur Verbrennung zugeführt. Die Druckbeaufschlagung erfolgt in der Regel in zwei Stufen. In einer ersten Stufe fördert eine Vorförderpumpe den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in Richtung einer Kraftstoffhochdruckpumpe. In einer zweiten Stufe wird der Kraftstoff mit Hilfe der Kraftstoffhochdruckpumpe auf Hochdruck gefördert und einem Hochdruckspeicher zugeführt. An diesen Hochdruckspeicher ist mindestens ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs in einen Brennraum des Verbrennungsmotors angeschlossen. Die Kraftstoffhochdruckpumpe kann beispielsweise als Kolbenpumpe, insbesondere als Radialkolbenpumpe mit mindestens einem an einem Nocken oder Exzenter abgestützten hin- und herbeweglichen Pumpenkolben, ausgeführt sein. Der Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe erfolgt in der Regel motordrehzahlsynchron.
Im Betrieb einer solchen Kraftstoffeinspritzanlage kann es insbesondere aufgrund Verschleiß zu einer Fehlfunktion einer Komponente der Kraftstoffeinspritzanlage kommen. Oftmals kann die Fehlfunktion durch bekannte Adaptions- und/oder Regelfunktionen ausgeglichen werden. Ist jedoch eine gewisse Schwelle überschritten, so dass ein Ausgleich nicht mehr möglich ist, wird die Fehlfunktion als Fehler bzw. Defekt angezeigt, beispielsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal, so dass eine Werkstatt anzufahren ist. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Ausfall des Verbrennungsmotors. Soll dieser dann in einer Werkstatt repariert werden, ist eine genaue Lokalisierung des Defekts nur durch weiterführende Prüfungen unter Verwendung bekannter Diagnoseabläufe, sowohl invasiv als auch nicht-invasiv, möglich. Dies ist in der Regel zeit- und kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fehlererkennung anzugeben, dass bei einem drohenden Fehlerfall eine Vorhersage ermöglicht und/oder bei einem bereits eingetretenen Fehlerfall die Lokalisierung des Defekts erleichtert, so dass Zeit und Kosten eingespart werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzsystems, bei dem der Kraftstoffdruck in einem Hochdruckspeicher gemessen wird. Erfindungsgemäß werden die den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher betreffenden Messdaten, nachfolgend Kraftstoffdruck-Messdaten genannt, in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ausgewertet. Bei der Auswertung wird eine Kraftstoffdruckregelabweichung im Hochdruckspeicher erkannt und zur Vorhersage eines konkreten Fehlerfalls oder bei bereits eingetretenem Fehlerfall zur Lokalisierung eines konkreten Defekts genutzt.
Durch Vorhersage eines Fehlerfalls können Ausfallzeiten vermieden werden, da der Fehler erkannt wird, bevor es zu einem Ausfall einer Komponente oder des kompletten Systems kommt. Das heißt, das Stillstands- und/oder Wartungszeiten minimiert werden. Sofern die Kraftstoffeinspritzanlage der Kraftstoffversorgung eines gewerblich genutzten Fahrzeugs dient, kann auf diese Weise die Fahrzeugverfügbarkeit erhöht werden. Ferner können Wartungsintervalle durchgeführt werden, die zustandsbasiert anstelle zeitbasiert sind. Das heißt, dass ein Komponentenaustausch nicht aufgrund Zeitablauf und/oder gefahrener Kilometer vorgenommen wird, sondern lediglich dann, wenn ein Austausch oder eine Reparatur tatsächlich angezeigt ist. Wartungsintervalle werden dadurch verlängert, was sich positiv in Bezug auf die Ersatzteillogistik, die Lagerhaltung und die Werkstattauslastung auswirkt.
Sofern ein Fehlerfall bereits eingetreten ist, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine schnellere und präzisere Diagnose in der Werkstatt.
Das Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine Kraftstoffdruckregelabweichungen in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einem konkreten Fehlerbild zugeordnet werden kann.
Beispielsweise führt eine Engstelle bzw. Drosselung der Kraftstoffströmung in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage zu einem Druckabfall bei zugleich hohem Durchfluss. Eine erhöhte Kraftstoffdruckregelabweichung ist demnach bei einem hohen Verbrauch zu beobachten, der wiederum bei hoher Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors auftritt.
Demgegenüber führt eine Leckage im Niederdruckbereich zu einem volumenstromunabhängigen Druckabfall, so dass eine erhöhte Kraftstoffdruckregelabweichung prinzipiell über den gesamten Betriebsbereich, insbesondere jedoch in solchen zu beobachten ist, die besonders druckkritisch sind (beispielsweise bei warmer Kraftstoffhochdruckpumpe und bei warmem Hochdruckspeicher).
Ein in einem Hochdruckbereich der Kraftstoffeinspritzanlage auftretender Fehlerfall, der die Fördereffizienz der Kraftstoffhochdruckpumpe beeinflusst, ist bei motordrehzahlsynchronem Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Ein entsprechender Fehlerfall tritt in der Regel nur dann auf, wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe im Förderbetrieb viel zu leisten hat, das heißt bei niedriger Drehzahl und hoher Last.
Aufgrund dieser Zusammenhänge wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Kraftstoffdruck-Messdaten in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, insbesondere in Abhängigkeit von der Last, der Drehzahl und/oder der Temperatur des Verbrennungsmotors, ausgewertet werden. Auf der Grundlage mindestens eines dieser Betriebsparameter können zuverlässige Aussagen getroffen werden.
Bevorzugt werden die Kraftstoffdruck-Messdaten in einem Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, ausgewertet. Das Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, hat in der Regel Zugriff auf alle relevanten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, so dass die Auswertung zentral durchgeführt werden kann. Bei der Auswertung können zudem weitere dem Steuergerät zur Verfügung stehende Parameter und/oder Größen berücksichtigt werden.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffdruck-Messdaten in einer externen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Auf diese Weise können zusätzliche Rechnerkapazitäten, beispielsweise für eine besonders detaillierte Auswertung, bereitgestellt werden. Die Kraftstoff-Messdaten werden hierzu an die externe Auswerteeinrichtung übermittelt, und zwar vorzugsweise drahtlos, beispielsweise unter Verwendung eines Telematikdienstes und/oder eines Clouddienstes. Telematikanwendungen, die eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Datenübertragung von einem Fahrzeug zu einem Hersteller und/oder Dienstanbieter ermöglichen, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die Dienstanbieter können beispielsweise Mobilfunkprovider und/oder Datenhoster sein, welche die notwendige Infrastruktur für diese Dienste besitzen.
Bei der Auswertung der Kraftstoffdruck-Messdaten wird vorzugsweise mindestens eine Bewertungsgröße herangezogen. Der Vergleich mit der mindestens einen Bewertungsgröße ermöglicht eine genaue Bestimmung der Abweichung sofern eine Kraftstoffdruckregelabweichung erkannt wird. Die mindestens eine Bewertungsgröße kann insbesondere im Steuergerät oder in einem externen Speicher hinterlegt sein.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass bei der Auswertung der Kraftstoffdruck-Messdaten eine erkannte Kraftstoffdruckregelabweichung mit bekannten betriebspunktabhängigen Fehlerbildern verglichen wird. Der Vergleich mit bekannten betriebspunktabhängigen Fehlerbildern erhöht die Zuverlässigkeit der Vorhersage und/oder der Diagnose. Der Vergleich kann somit der Plausibilisierung dienen. Die bekannten betriebspunktabhängigen Fehlerbilder sind vorzugsweise im Steuergerät oder in einem externen Speicher hinterlegt. Der externe Speicher bietet sich insbesondere dann an, wenn der Speicherbedarf zum Speichern der Fehlerbilder sehr hoch ist und/oder die Speicherkapazitäten des Steuergeräts nicht ausreichen.
Bevorzugt wird bei Erkennen einer Kraftstoffdruckregelabweichung eine Klassierung vorgenommen, wobei die erkannte Kraftstoffdruckregelabweichung einer vorab definierten Schadensklasse zugeordnet wird. Anhand der Schadensklasse kann eine qualitative Aussage über den Fehlerfall getroffen werden. Ferner kann der Zeitpunkt bestimmt werden, wann voraussichtlich der Fehlerfall eintritt bzw. wann eine Werkstatt aufzusuchen ist, um den Fehlerfall zu vermeiden. Bei der Klassierung bzw. Zuordnung in eine Schadensklasse kann insbesondere ein Machine Learning Algorithmus verwendet werden.
Vorteilhafterweise wird die Klassierung in vorgegebenen zeitlichen Abständen wiederholt, so dass rechtzeitig vor Eintritt eines Fehlerfalls die erforderliche Handlung vorgenommen werden kann, beispielsweise eine Werkstatt aufgesucht werden kann. Der historische Verlauf der Klassierung kann dabei zur Vorhersage eines konkreten Fehlerfalls genutzt werden.
Vorteilhafterweise wird bei Erkennen einer Kraftstoffdruckregelabweichung und/oder bei Eintritt eines Fehlerfalls mindestens eine zustandsbezogene Information, beispielsweise der Zeitpunkt und/oder der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, erfasst und gespeichert. Beispielsweise kann die mindestens eine zustandsbezogene Information auf einem Fehlerspeicher des Steuergeräts oder eines externen Speichers gespeichert werden. Bei einem anschließenden Werkstattbesuch kann die gespeicherte Information durch die Werkstatt ausgelesen und zur Lokalisierung des Fehlers bzw. Defekts verwendet werden.
Soll die mindestens eine gespeicherte zustandsbezogene Information zur Lokalisierung eines konkreten Defekts genutzt werden, wird vorzugsweise ein Vergleich dieser Information mit mindestens einem Schwellwert vorgenommen. Anhand des Vergleichs kann der Fehler bzw. der Defekt genau bestimmt bzw. lokalisiert werden. Der Schwellwert kann in einem Werkstatttester hinterlegt sein, so dass die Verfügbarkeit des Schwellwerts sichergestellt ist.
Darüber hinaus wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode vorgeschlagen, welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn das Computerprogramm in einem Steuergerät, insbesondere einem Motorsteuergerät, abläuft. Das Verfahren kann auf diese Weise ganz oder teilweise automatisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 ein Blockschaltbild zur Darstellung des Verfahrensablaufs,
2 eine graphische Darstellung einer betriebspunktabhängigen Kraftstoffdruckregelabweichung bei gedrosselter Niederdruck-Kraftstoffversorgung,
3 eine graphische Darstellung einer betriebspunktabhängigen Kraftstoffdruckregelabweichung bei leckagebehafteter Niederdruck-Kraftstoffversorgung, und
4 eine graphische Darstellung eines Prognosemodells.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Dem Blockschaltbild der 1 sind die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen. Das Verfahren dient der Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, wobei es sich insbesondere um ein Benzin-Direkt-Einspritzsystem handeln kann. Bei einem Benzin-Direkt-Einspritzsystem wird der Kraftstoff mit Hilfe einer Kraftstoffhochdruckpumpe auf Hochdruck gefördert und einem Hochdruckspeicher, dem sogenannten „Rail“ zugeführt. Über mindestens einen an den Hochdruckspeicher angeschlossenen Kraftstoffinjektor wird dann der auf Hochdruck geförderte Kraftstoff in einen Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt und dort verbrannt. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher bzw. der Raildruck wird in der Regel überwacht bzw. gemessen.
Das Messen des Kraftstoffdrucks bzw. Raildrucks ist in der 1 als Verfahrensschritt S1 angegeben. Hieraus resultieren Messdaten, die in einem Verfahrensschritt S2 ausgewertet werden, und zwar in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors. Wird eine Abweichung des Kraftstoffdrucks bzw. des Raildrucks von einem Regeldruck erkannt, kann auf der Grundlage dieser Information in einem Verfahrensschritt S3 ein Fehlerfall vorausgesagt oder - bei einem bereits eingetretenen Fehlerfall - in einem Verfahrensschritt S4 der Fehler bzw. der Defekt lokalisiert werden.
Mögliche Fehlerfälle, die zu einer erkennbaren erhöhten Kraftstoffdruckregelabweichung führen, sind beispielhaft in den 2 und 3 dargestellt.
Der 2 sind erhöhte Kraftstoffdruckregelabweichungen (dunkler Bereich) zu entnehmen, die bei hoher Motordrehzahl (aufgetragen auf der Abszissenachse) und bei hoher Motorlast (aufgetragen auf der Ordinatenachse) auftreten. Dies lässt den Rückschluss zu, dass die Niederdruck-Kraftstoffversorgung gedrosselt ist.
Der 3 sind erhöhte Kraftstoffdruckregelabweichungen (dunkler Bereich) zu entnehmen, die sich über einen deutlich größeren Betriebsbereich erstrecken, wobei die Motordrehzahl (aufgetragen auf der Abszissenachse) und die Motorlast (aufgetragen auf der Ordinatenachse) deutlich unter denen der 2 liegen. Diese Werte lassen auf eine Leckage in der Niederdruck-Kraftstoffversorgung schließen.
In Weiterbildung des in der 1 dargestellten Verfahrens können die erkannten erhöhten Kraftstoffdruckregelabweichungen in einem weiteren Verfahrensschritt klassifiziert werden, das heißt einer Schadensklasse zugeordnet werden. Dies ist beispielhaft in der 4 dargestellt. Anhand des historischen Verlaufs der zugeordneten Schadensklassen kann eine bestimmte Entwicklung, nämlich das Eintreten eines Fehlerfalls, prognostiziert werden, der eintritt, wenn ein vorgegebener Schwellwert 1 erreicht ist. Die Prognose kann dabei innerhalb eines Konfidenzbands 2 getroffen werden, dessen Breite in der 4 mit dem Maß x angegeben ist. Ferner kann errechnet werden, nach wie vielen Kilometern der Fehlerfall voraussichtlich eintritt, so dass vorher eine Werkstatt angefahren werden kann.

Claims

Verfahren zur Fehlererkennung beim Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Benzin-Direkt-Einspritzsystems, bei dem der Kraftstoffdruck in einem Hochdruckspeicher gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher betreffenden Messdaten in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ausgewertet werden, wobei eine Kraftstoffdruckregelabweichung im Hochdruckspeicher erkannt und zur Vorhersage eines konkreten Fehlerfalls oder bei bereits eingetretenem Fehlerfall zur Lokalisierung eines konkreten Defekts genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffdruck-Messdaten in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, insbesondere in Abhängigkeit von der Last, der Drehzahl und/oder der Temperatur des Verbrennungsmotors ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffdruck-Messdaten in einem Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, und/oder in einer externen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, wobei vorzugsweise die Kraftstoffdruck-Messdaten drahtlos, beispielsweise unter Verwendung eines Telematikdienstes und/oder eines Clouddienstes, an die externe Auswerteeinrichtung übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Kraftstoffdruck-Messdaten mindestens eine Bewertungsgröße herangezogen wird, die vorzugsweise im Steuergerät oder in einem externen Speicher hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Kraftstoffdruck-Messdaten eine erkannte Kraftstoffdruckregelabweichung mit bekannten betriebspunktabhängigen Fehlerbildern verglichen wird, die vorzugsweise im Steuergerät oder in einem externen Speicher hinterlegt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Kraftstoffdruckregelabweichung eine Klassierung vorgenommen wird, wobei die erkannte Kraftstoffdruckregelabweichung einer vorab definierten Schadensklasse zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierung in vorgegebenen zeitlichen Abständen wiederholt wird und der historische Verlauf der Klassierung zur Vorhersage eines konkreten Fehlerfalls genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen einer Kraftstoffdruckregelabweichung und/oder bei Eintritt eines Fehlerfalls mindestens eine zustandsbezogene Information, beispielsweise der Zeitpunkt und/oder der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, erfasst und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gespeicherte zustandsbezogene Information zur Lokalisierung eines konkreten Defekts genutzt wird, wobei vorzugsweise ein Vergleich mit mindestens einem Schwellwert vorgenommen wird, der weiterhin vorzugsweise in einem Werkstatttester hinterlegt ist.
Computerprogramm mit einem Programmcode, welcher ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, wenn das Computerprogramm in einem Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, abläuft.