DE10010847C1 - Verfahren zum Überwachen der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

In drehzahlgeregelten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, z. B. im Leerlauf wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MF_IS) über die Drehzahl (N_IST) der Brennkraftmaschine (10) geregelt und die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MF_IS) mit vorgegebenen Schwellenwerten (MF_MAX, MF_MIN) verglichen. Auf eine fehlerhafte Einspritzung wird geschlossen, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge (MF_IS) außerhalb eines durch die Schwellenwerte (MF_MAX, MF_MIN) begrenzten Bereiches liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine, insbe­ sondere bei einer Dieselbrennkraftmaschine, die im drehzahl­ geregelten Bereich betrieben wird.

Neben Sicherheit und Komfort spielt die Umweltverträglichkeit von Kraftfahrzeugen, die mittels einer Brennkraftmaschine an­ getrieben werden, eine zunehmend stärkere Rolle. Auf dem Weg zu Kraftfahrzeugen mit geringen Emissionen bildet die Überwa­ chung aller abgasrelevanter Teilsysteme der Brennkraftmaschi­ ne im Betrieb eine wichtige Säule. Zur Einhaltung der immer kleiner werdenden Grenzwerte für die ausgestoßenen Schadstof­ fe sind in Zukunft auch in Europa sogenannte On-Bord- Diagnosesysteme (OBD-Systeme) vorgeschrieben. Damit ist ein an Bord des Kraftfahrzeuges installiertes Diagnosesystem für die Emissionsüberwachung bezeichnet, das in der Lage ist, mit Hilfe rechnergespeicherter Fehlercodes Fehlfunktionen und de­ ren wahrscheinliche Ursachen anzuzeigen.

Solche On-Bord-Diagnosesysteme sind nach der Richtlinie 98/69/EG des Europäischen Parlaments und des Rates zukünftig auch für Dieselfahrzeuge erforderlich. Die Aufgabe hierbei ist neben der Überwachung des Wirkungsgrades eines eventuell vorhandenen Katalysators, eines Partikelfilters und eines e­ lektronischen Kraftstoffmengenreglers des Kraftstoffein­ spritzsystems auch die Überwachung der an einen Rechner ange­ schlossenen emissionsrelevanten Bauteile oder Teilsysteme des Antriebsstrangs, deren Ausfall bzw. Fehlfunktion dazu führen könnte, dass die Abgasemissionen die vorgegebene Grenzwerte überschreiten. Die Überwachung der einzuspritzenden Kraft­ stoffmenge stellt hierbei eine zentrale Anforderung dar.

Aus S. Leonhardt und R. Isermann: "Echtzeitüberwachung von Diesel-Einspritzanlagen" in "Motortechnische Zeitschrift" 57 (1996), Heft 2, Seiten 116 bis 123 ist ein Verfahren zur Über­ wachung der Einspritzanlage von Dieselmotoren bekannt. Die Echtzeitüberwachung der Einspritzanlage wird durch einen Ver­ gleich zwischen den von der Motorsteuerung vorgegebenen und den rekonstruierten Einspritzsignal erreicht. Im einfachsten Fall kann dies durch eine Schwellwert-Analyse mit festen Grenzwerten erfolgen. Durch eine solche Schwellwertanalyse können Fehler wie zu frühe oder zu späte Einspritzung von Mengenfehlern unterschieden werden.

In der DE 196 37 395 C1 ist ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur Steuerung der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge beschrieben. Dabei wird zunächst auf der Grundlage des gewünschten Betriebsverhaltens der Brennkraft­ maschine eine Sollkraftstoffmenge ermittelt. Darüber hinaus wird das minimale Luftverhältnis ermittelt, bei dem ein ruß­ freier Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist und auf der Grundlage dieses minimalen Luftverhältnisses wird eine maxi­ male Kraftstoffmenge ermittelt. Als die der Brennkraftmaschi­ ne zuzuführende Kraftstoffmenge wird dann die auf die maxima­ le Kraftstoffmenge begrenzte Soll-Kraftstoffmenge bestimmt. Vorteilhafterweise wird dabei im instationären Betrieb das minimale Luftverhältnis auf der Grundlage des Ladedrucks oder der Differenz zwischen dem Ladedruck und dem Umgebungsdruck ermittelt.

Die DE 198 13 148 A1 zeigt eine Treibstoffeinspritzvorrich­ tung für einen Dieselmotor, bei der ein Fehlerlernwert in ei­ nem Leerlaufzustand basierend auf einer Differenz zwischen einem Befehlssignal bei sich im Leerlauf befindlichen Motor und einer geschätzten, tatsächlichen Einspritzmenge, die zur Aufrechterhaltung des Leerlaufzustandes notwendig ist, be­ rechnet wird. Ein Einspritzmengenfehler wird mit Hilfe des Fehlerlernwerts berechnet und eine geschätzte, tatsächliche Einspritzmenge wird vom derzeitigen Befehlssignal und dem Einspritzmengenfehler berechnet. Durch Änderung der geschätz­ ten Treibstoffeinspritzmenge entsprechend einem Lastzustand des Motors kann eine Treibstoffeinspritzmenge genau für ver­ schiedene Betriebszustände geschätzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise die einzuspritzende Kraftstoffmenge überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

In drehzahlgeregelten Betriebszuständen der Brennkraftmaschi­ ne wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge allein über die Drehzahl der Brennkraftmaschine geregelt. Bei fehlerfreiem Fahrzeugbetrieb und definierten Betriebsparametern bewegt sich die auf diese Weise eingeregelte Kraftstoffmenge zwi­ schen applizierbaren Ober- und Untergrenzen. Diese Grenzen werden derart eingestellt, dass deren Überschreitung bzw. Un­ terschreitung als fehlerhafte Einspritzung diagnostiziert werden kann, welche eine Überschreitung der vom Gesetzgeber vorgegebenen Abgasgrenzwerte zur Folge haben kann. Es wird deshalb überprüft, ob die Kraftstoffmenge innerhalb des von einer Obergrenze und Untergrenze bestimmten Bereiches liegt.

Der drehzahlgeregelte Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bei Fahrzeugstillstand stellt einen gut reproduzierbaren Be­ triebszustand dar, welcher in dem europäischen Testzyklus nach oben genannter Richtlinie einen prozentual bedeutenden Anteil einnimmt (Stadtfahrzyklus: 30%). Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren ohne zusätzliche Sen­ sorik unter Ausnutzung der vorhandenen Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine in bestimmten Betriebszuständen die einzu­ spritzende Kraftstoffmenge überwacht werden. Sie ermöglicht die Erkennung von emissionsrelevanten Mehr- oder Minderein­ spritzmengen an Kraftstoff, welche auch in anderen Betriebs­ zuständen vorliegen können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer Überwachungseinrichtung für die einzusprit­ zende Kraftstoffmenge,

Fig. 2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der einge­ spritzten Kraftstoffmenge bei fehlerfreiem Betrieb der Brennkraftmaschine zeigt,

Fig. 3 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der einge­ spritzten Kraftstoffmenge bei fehlerhaftem Betrieb der Brennkraftmaschine zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das die allmähliche Veränderung der Kraftstoffeinspritzmenge aufgrund von Systemalterung zeigt und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zum Überwachen der einzuspritzen­ den Kraftstoffmenge

In Fig. 1 ist sehr vereinfacht eine Diesel-Brennkraft­ maschine (BKM) 10 mit einer ihr zugeordneten Dieselregelein­ richtung gezeigt, wobei nur diejenigen Teile dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung der Abgasnachbehand­ lungsanlage und des Kraftstoffkreislaufes verzichtet worden.

Die Dieselregeleinrichtung weist einen Drehzahlregler 11 auf, dem die Differenz zwischen einer vorgegebenen Soll-Drehzahl N_SOLL und der mittels eines nicht dargestellten Sensors er­ faßten Ist-Drehzahl N_IST der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Der Drehzahlregler 11 wirkt auf eine Einspritzeinrich­ tung 12 ein, die beispielsweise als Einspritzpumpe oder als Speichereinspritzsystem (Common Rail System) ausgebildet sein kann. Durch den geschlossenen Regelkreis stellt sich eine be­ stimmte Kraftstoffmenge, beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine 10 die Kraftstoffmenge MF_IS ein, die mittels der Einspritzeinrichtung 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.

Eine zur Überwachung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge dienende Überwachungseinrichtung 14 weist einen Vergleicher 15 auf, der die vom Drehzahlregler 11 ausgegebene Kraftstoff­ menge MF_IS in mg/Hub mit zwei vorgegebenen Schwellenwerten für die Kraftstoffmengen MF_MAX und MF_MIN vergleicht. Diese Schwellenwerte MF_MAX und MF_MIN werden in Abhängigkeit der vorgegebenen Emissionsgrenzwerte appliziert und sind in einem Speicher abgelegt. Sie können aber auch z. B. abhängig von der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 10 als Kennlinien in Kennfelder 16, 17 abgelegt sein. Der Vergleicher 14 ist mit einem Eingangsport eines Zählers 18 verbunden, dessen Ausgangsport mit einem Fehlerspeicher 19 verbunden ist. Dem Fehlerspeicher 19 ist eine Fehlerwarnlampe 20 zuge­ ordnet. Die Funktion der Überwachungseinrichtung 14 wird an­ hand der Beschreibung der Fig. 2-5 näher erläutert.

In der Fig. 1 ist der Drehzahlregler 11 aus Gründen der Über­ sichtlichkeit als separate Komponente gezeichnet, er kann aber auch ebenso wie die Überwachungseinrichtung 14 in eine den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 steuernde und regelnde Steuerungseinrichtung (ECU) 13 integriert sein.

Bei drehzahlgeregeltem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine und bei Fahrzeugstillstand wird die einzuspritzende Kraft­ stoffmenge allein über die Drehzahl geregelt. Dieser Be­ triebszustand tritt z. B. bei Ampelstopps des Fahrzeuges auf. Zum Einregeln der Leerlaufdrehzahl variiert der Drehzahlreg­ ler 11 die Kraftstoffeinspritzmenge solange, bis die gemesse­ ne Istdrehzahl gleich der vorgegebenen Solldrehzahl ist. Die dabei auftretende Leerlaufdrehzahl dient der Kompensation der Summe der externen Lastmomente und aller Drehmomentverluste an der Brennkraftmaschine selbst, wie z. B. der Kompensation interner Reibmomente.

Bei fehlerfreiem Fahrzeugbetrieb und definierten Betriebspa­ rametern (z. B. Kühlmitteltemperatur größer als ein vorgegebe­ ner Schwellenwert, Klimaanlage ausgeschaltet, drehzahlgere­ gelter Leerlauf, Fahrgeschwindigkeit gleich Null) bewegt sich die über die Drehzahl eingeregelte Kraftstoffmenge MF_IS zwi­ schen einem oberen Schwellenwert MF_MAX und einem unteren Schwellenwert MF_MIN. Dieser Sachverhalt ist in dem Diagramm nach Fig. 2 dargestellt. Auf der Abszisse ist dabei die Zeit t, auf der Ordinate die Kraftstoffmenge MF_IS aufgetragen. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge MF_IS schwankt innerhalb des durch die beiden Schwellenwerte MF_MAX, MF_MIN begrenzten Bereiches, ohne dass diese Schwellenwerte überschritten wer­ den.

Wird dagegen der obere Schwellenwert MF_MAX überschritten oder der untere Schwellenwert MF_MIN unterschritten, so wird das System als fehlerhaft eingestuft. In dem Diagramm nach Fig. 3 ist der Fall gezeigt, dass der obere Schwellenwert MF_MAX überschritten wird.

Die Ursachen für fehlerhafte Kraftstoffeinspritzungen können z. B. bei Defekten an den Einspritzdüsen, an der elektrischen Ansteuerung derselben oder an fehlerhaften Signalen eines Drucksensors liegen, der den Druck im Kraftstoffkreislauf er­ fasst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit eine globale Diagnose der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brenn­ kraftmaschine möglich. Um die exakte Ursache der fehlerhaften Kraftstoffeinspritzung zu lokalisieren, können bekannte Diag­ noseverfahren unterstützend eingesetzt werden.

Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, erfolgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung nicht sofort bei einem einmaligen Überschreiten bzw. Unterschreiten der Schwellenwerte ein Feh­ lereintrag in den Fehlerspeicher 19 und ein Ansteuern der Fehlerwarnlampe 20 (MIL, malfunction indication lamp). Das Überschreiten bzw. Unterschreiten der Schwellenwerte wird ei­ ner statistischen Auswertung unterzogen. Hierzu dient der Zahler 18, welcher die Anzahl der Überschreitungen bzw. Un­ terschreitungen aufsummiert und erst bei Erreichen eines vor­ gegebenen Zählerendstandes erfolgt ein Eintrag in den Fehler­ speicher 19 und das Aktivieren der Fehlerwarnlampe 20.

Eine allmähliche Veränderung der Kraftstoffeinspritzmenge über eine längere Zeitspanne aufgrund von Systemalterung kann durch eine langsame, noch emissionstolerable Kraftstoffmen­ genadaption nachgeregelt werden, wenn die vorgegebenen Min­ destfahrleistung des Fahrzeuges überschritten wurde. Die Schwellenwerte MF_MAX und MF_MIN für die Überwachung der ein­ zuspritzenden Kraftstoffmenge werden dann in geeigneter Weise angepasst. Dies kann entweder durch Nachführen der Schwellen­ werte (Offset-Kompensation) erfolgen, wie es in dem Diagramm nach Fig. 4 dargestellt ist, oder durch Aufweiten des durch die Schwellenwerte begrenzten Bandes erreicht werden. Zur Darstellung nach Fig. 4 ist anzumerken, dass hierbei die Einheit für die Zeitachse t ein Vielfaches der Einheit der Zeitachsen t in der Darstellung nach den Fig. 2-4 ist. Deshalb ist der Verlauf der einzuspritzenden Kraftstoffmenge MF_IS innerhalb der Schwellenwerte gegenüber den anderen Ver­ läufen deutlich glatter.

In Fig. 5 ist in Form eines Ablaufdiagrammes das Verfahren zur Überwachung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge darge­ stellt. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird überprüft, ob die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf betrieben wird und die Fahrzeuggeschwindigkeit V des von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Fahrzeuges gleich Null ist. Da Geschwindig­ keiten V = 0 nur mit relativ großem Aufwand erfaßt werden kön­ nen, werden Fahrzeuggeschwindigkeiten, die zwar größer als Null sind, aber noch unterhalb eines bestimmten, vorgegebenen Grenzwertes liegen (z. B. 1,8 km/h) als Signal für V = 0 behan­ delt und sind deshalb keine Garantie für absoluten Stillstand des Fahrzeuges. Ist die Abfrage in Verfahrensschritt S1 nega­ tiv, so wird zum Anfang des Verfahrens verzweigt, andernfalls wird in einem Verfahrensschritt S2 abgefragt, ob vorgegebene Betriebsbedingungen erfüllt sind. Hierzu kann insbesondere überprüft werden, ob die Temperatur des Kühlmittels der Brenn­ kraftmaschine 10 einen vorgegebenen Schwellenwert überschrit­ ten hat und keine störenden externen Lastmomente, verursacht beispielsweise durch eine eingeschaltete Klimaanlage, auftre­ ten. Diese Abfrage dient dazu, reproduzierbare Zustände für die Überprüfung der eingespritzten Kraftstoffmenge zu erhal­ ten.

Liefert die Abfrage in Verfahrensschritt S2 ein negatives Er­ gebnis, so wird zum Anfang des Verfahrens verzweigt. Sind die Bedingungen aber erfüllt, so wird in einem Verfahrensschritt S3 der aktuelle Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge MF_IS eingelesen und in einem Verfahrensschritt S4 überprüft, ob dieser Wert MF_IS innerhalb des durch die Schwellenwerte MF_MAX und MF_MIN begrenzten Bereiches liegt. Ist dies der Fall, so wird auf einen fehlerfreien Betrieb der Einspritz­ einrichtung geschlossen und zum Anfang des Verfahrens ver­ zweigt. Liegt der Wert für die einzuspritzende Kraftstoffmen­ ge MF_IS außerhalb des vorgegebenen Bereiches, wird im Ver­ fahrensschritt S5 der Zählerstand des Zählers 18 (Fig. 1) in­ krementiert. In einem Verfahrensschritt S6 wird anschließend überprüft, ob ein vorgegebener Endwert für den Zählerstand erreicht ist. Ist dies noch nicht der Fall, wird zum Anfang des Verfahrens verzweigt und eine weitere Überprüfungsroutine eingeleitet. Ist aber der Endwert bereits erreicht, d. h. die Anzahl der Überschreitungen bzw. Unterschreitungen für die einzuspritzende Kraftstoffmenge ist nicht mehr tolerierbar, so erfolgt in einem Verfahrensschritt S7 ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 19 und dem Führer des Fahrzeuges wird die Fehlfunktion mittels der Fehlerwarnlampe 20 angezeigt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Überwachen der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine (10), wobei

• - in drehzahlgeregelten Betriebszuständen der Brennkraftma­ schine (10) die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MF_IS) über die Drehzahl (N_IST) der Brennkraftmaschine (10) geregelt wird,
• - die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MF_IS) erfasst und mit vorgegebenen Schwellenwerten (MF_MAX, MF_MIN) verglichen wird,
• - auf eine fehlerhafte Einspritzung geschlossen wird, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmenge (MF_IS) außerhalb eines durch die Schwellenwerte (MF_MAX, MF_MIN) begrenzten Berei­ ches liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drehzahlgeregelte Betriebszustand der Brennkraftma­ schine der Leerlauf ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drehzahlgeregelte Betriebszustand der Brennkraftma­ schine ein drehzahlbegrenzter Bereich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) erfolgt, die kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert Null ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine fehlerhafte Einspritzung ge­ schlossen wird, wenn eine vorgegebene Anzahl von außerhalb des Bereiches liegenden Werte für die einzuspritzende Kraftstoffmenge erreicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer fehlerhaften Einspritzung ein Eintrag in einen Fehlerspeicher (19) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer fehlerhaften Einspritzung eine Fehler­ warnlampe (20) aktiviert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte (MF_MAX, MF_MIN) unter Berücksichtigung von vorgegebenen Emisssionsgrenzwerten appliziert werden und in einem Speicher abgelegt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte (MF_MAX, MF_MIN) zusätzlich von der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine (10) ab­ hängig in Kennfelder (16, 17) abgelegt sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, dass die Schwellenwerte (MF_MAX, MF_MIN) nach Errei­ chen einer vorgegebenen Mindestfahrleistung des mittels der Brennkraftmaschine (19) angetriebenen Fahrzeuges ange­ passt werden, um die Veränderungen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge (MF_IS) zu berücksichtigen.