DE102011005283B4

DE102011005283B4 - Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102011005283B4
Application number: DE201110005283
Authority: DE
Inventors: Robert Hoffmann; Dr. Lehner Steffen; Dr. Schwarte Anselm; Simon Ruscheinski
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: CN103403327B; CN103403327A; DE102011005283A1; KR20140010139A; US20140033811A1; WO2012119911A1; KR101835558B1; US9127632B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines einen piezoelektrischen Aktor und eine von diesem direkt angetriebene Düsennadel aufweisenden Piezoinjektors des Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, bei welchem der Piezoinjektor in einem Teilhubbetrieb und einem Vollhubbetrieb betreibbar ist. Zunächst wird ein definierter Betriebspunkt des Verbrennungsmotors herbeigeführt. Dann erfolgt ein Messen der Zeit, nach welcher bei einem Öffnen der Düsennadel die Düsennadel an ihrem Anschlag anschlägt, und der Zeit, nach welcher bei einem Schließen der Düsennadel die Düsennadel wieder an ihrem Nadelsitz anschlägt. Die gemessenen Zeiten werden mit am Prüfstand ermittelten Normwerten verglichen. Es werden einer oder mehrere Parameter des Kraftstoffeinspritzsystems jeweils nach verschiedenen Berechnungsmodellen berechnet und die erhaltenen Ergebnisse abgespeichert. Schließlich erfolgt ein Vergleichen der berechneten Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle mit am Prüfstand ermittelten Normwerten und ein Vergleichen der berechneten Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle untereinander.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors.
In modernen Verbrennungsmotoren beziehungsweise deren Regelsystemen auftretende Fehlerbilder, beispielsweise eine Alterung von Aktoren und Sensoren, Kraftstoff-Leckagen, hängende Ventile, eine Düsenlochverkokung und sonstige Ablagerungen, Leckströme, etc., führen in der Regel zu unerwünschtem Fahrzeugverhalten wie Leistungsverlust, erhöhten Emissionen oder aber auch zu einer aktivierten Fehlerspeicherlampe. Diese Fehlerbilder können sowohl in der Luftmengenregelung, der Abgasrückführung, im hydraulischen System und auch im elektrischen System begründet liegen. Es können sowohl die Sensoren als auch die Aktoren betroffen sein. Aufgrund der hohen Komplexität moderner Einspritzsysteme ist eine direkte 1:1-Zuordnung von Ursachen zu Fehlersymptomen oft nicht möglich. Ein Fehlerbild kann mehrere Ursachen haben. Eine Ursache kann zu mehreren Fehlern führen. On-Board-Diagnose-Strategien erlauben es vor allem im dynamischen Betrieb nur begrenzt, die Fehlerursache im Einspritzsystem näher einzugrenzen geschweige denn genau zu ermitteln, ohne dabei das Systemverhalten im Rahmen der Diagnose negativ zu beeinflussen. Intrusive Tests während des Fahrzeugbetriebes sind zudem von der Zulassungsbehörde und/oder von den Herstellern nicht gewünscht, da sie möglicherweise eine Verschlechterung des Abgasverhaltens erzeugen oder für den Fahrer spürbar sind. Zusätzlich wird eine Ortung der Fehlerursache durch eine begrenzte Anzahl von On-Board verfügbaren Sensorinformationen eingeschränkt.
Dies führt in einer Werkstatt mangels genauer Kenntnis der Fehlerursache zu hohem, oft ungewolltem Analyseaufwand und in Folge davon möglicherweise zu einem unnötigen Austausch von an sich noch funktionsfähigen Komponenten bzw. zu einem Austausch von zu vielen Komponenten (try & error-Ansatz). Beispielsweise kann sich dies im Austausch einer funktionsfähigen ECU äußern oder in einem Austausch eines gesamten Injektorsatzes, obwohl das ungewünschte Systemverhalten zum Beispiel durch einen einzigen defekten Injektor oder einen verschmutzten Stecker im Kabelbaum hervorgerufen wurde.
Zudem kann sich ein zunächst moderater Fehler, wenn er nicht entdeckt wird, im Laufe der Zeit zu einem kapitalen Fehler entwickeln. Die Folge ist meist ein Totalversagen beispielsweise des Einspritzsystems und damit ein Liegenbleiben des Fahrzeugs.
Aus der DE 10 2006 036 567 B4 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustandes eines Piezoinjektors einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei sind die Eingangsgrößen eines Regelkreises zur Kraftstoffeinspritzung die Spannung und die Ladung. Ausgehend von., einer Neukapazität und den letzten gespeicherten Kapazitätswerten wird der für den gemessen Piezoinjektor weitere Kapazitätsverlauf mit Hilfe eines mathematischen Näherungsverfahrens berechnet. Ein bevorstehender Ausfall eines Piezoinjektors wird daran erkannt, dass ein gemessener Kapazitätswert sich außerhalb eines ersten oberen und unteren Toleranzbereichs um den berechneten Kapazitätsverlauf befindet. Der Piezoinjektor wird sofort abgeschaltet, wenn sich der gemessene Kapazitätswert außerhalb eines zweiten oberen und unteren Schwellbereichs um den berechneten Kapazitätsverlauf befindet, wobei der Schwellbereich den Toleranzbereich mit einschließt.
Wie oben beschrieben werden in einer Werkstatt oftmals Komponenten auf Verdacht ausgetauscht. Alternativ dazu kann in der Werkstatt zu Diagnosezwecken zusätzliche Sensorik angebracht werden bzw. manuelle Tests durchgeführt werden. Manuelle Eingriffe in das Einspritzsystem können aber dazu führen, dass Verunreinigungen in das System gelangen und Komponenten beschädigt werden.
Aus der DE 10 2005 040 551 B4 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Anteils von Biodiesel in einem Kraftstoff zum Betreiben einer Dieselverbrennungskraftmaschine bekannt, bei welchem die Luftzahl Lambda im Abgas der Dieselverbrennungskraftmaschine gemessen wird, ein rechnerisches Ermitteln eines Erwartungswertes der Luftzahl Lambda anhand einer gemessenen Luftmasse MAF und einer berechneten Kraftstoffmenge MF erfolgt, wobei die mathematische Beziehung Lambda = MAF/(14,5 × MF) verwendet wird, und ein Ermitteln des Anteils an Biodiesel aus einer Differenz zwischen der gemessenen Luftzahl Lambda und dem rechnerisch ermittelten Erwartungswert der Luftzahl Lambda erfolgt.
Aus der WO 2010/089236 A1 ist ein Fehleranalyseverfahren für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors bestimmt. Des Weiteren wird ein Parameter des Verbrennungsprozesses eines der mehreren Zylinder angepasst, um die Zeiten anzugleichen, in denen der Verbrennungsmotor jeweils ein Winkelintervall zurücklegt. Um ein Fehleranalyseverfahren zu schaffen, das es ermöglicht, einen defekten Zylinder zu erkennen, wird anhand des Wertes des Parameters bestimmt, dass der eine der mehreren Zylinder defekt ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung einer eingespritzten Kraftstoffmenge besteht darin, die Kraftstoffmenge aus erkannten Anschlagzeiten der Düsennadel zu berechnen.
Ferner besteht die Möglichkeit, eine eingespritzte Kraftstoffmenge unter Verwendung der Ausgangssignale eines Zylinderdrucksensors zu berechnen.
Des Weiteren ist es aus der WO 2010/003780 A1 bekannt, zu einer Bewertung der Funktion eines Einspritzsystems eine Änderung der Abgastemperatur in Abhängigkeit von der eingebrachten Kraftstoffmenge zu berücksichtigen.
Aus der EP 1 570 165 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem unter Verwendung einer gezielten Ansteuerung kleiner Kraftstoffmengen und einer Beobachtung der Auswirkung auf das Drehzahlsignal eine so genannte Minimalmenge berechnet wird.
Dieses Wirkungsprinzip einer Ansteuerung kleiner Mengen und einer Bewertung der Auswirkungen auf das Drehzahlsignal kann auch dann genutzt werden, wenn man eine kurze ballistische Ansteuerung eines Injektors durch eine Ansteuerung eines stabilen Nadel-Teilhubs ersetzt.
Die beiden vorgenannten Verfahren gehen davon aus, dass aus Messungen am Prüfstand bekannt ist, welche Kraftstoffmenge zu welcher Änderung im Drehzahlsignal führt. Primäres Ziel ist es jeweils, Leerhubänderungen oder eine Verkokung eines Injektors zu kompensieren. Indirekt wird dadurch aber auch die Kraftstoffqualität berücksichtigt.
Wie bereits oben ausgeführt wurde können allerdings gleiche Fehlerbilder im System unterschiedliche Ursachen haben. Eine veränderte Charakteristik der Wirkung kleiner Einspritzmengen kann – sofern kein Fehler der beteiligten Sensoren vorliegt – von fehlerhaften Einspritzmengen, fehlerhaften Einspritzzeitpunkten, veränderten Kraftstoffeigenschaften (Zündverzug, Energiegehalt) und von Fehlern im Frischluft- und Abgasrückführungssystem (Beeinflussung der Verbrennungsspitzentemperatur) verursacht werden. Falls ein zur Beurteilung herangezogener Temperatursensor nicht unmittelbar im Auslasskrümmer des Motors sitzt, sondern beispielsweise erst hinter dem Oxidationskatalysator, dann muss zudem noch eine eventuell veränderte katalytische Effektivität (Exothermie) des Oxidationskatalysators in Betracht gezogen werden.
Eine fehlerhafte Einspritzmenge wiederum kann durch eine Verkokung der Einspritzdüsen, weitere Fehler im Injektor oder auch durch einen falsch gemessenen Kraftstoffdruck verursacht werden. Übliche Kraftstoffzumessungsberechnungen überführen einen Mengensollwert in eine Öffnungsdauer der Einspritzdüse, und zwar abhängig vom gemessenen Kraftstoffdruck und einer angenommenen Kraftstoffdichte. Es wird also faktisch ein Sollvolumen angesteuert, keine Sollmasse. Eine veränderte Durchflussrate bei der Verkokung führt deshalb ebenso zu einem Mengefehler wie ein falsch gemessener Kraftstoffdruck.
Bei bekannten Systemen sind die Ursache-Wirkungs-Ketten vielfältig. Ein Problem bei der Identifikation der Ursache eines auftretenden Fehlers besteht darin, dass kein tatsächlicher Fixpunkt vorhanden ist. Dies gilt insbesondere im Falle einer On-Board-Diagnose. Grundsätzlich kann jedes Bauteil fehlerbehaftet sein. Bisherige Lösungsansätze schaffen es nur ungenügend, die Ursache eines Fehlverhaltens des Verbrennungsmotors einzugrenzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors anzugeben, das eine verbesserte Eigendiagnose des Fahrzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung.
Das im Folgenden beschriebene Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines elektronisch geregelten Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors eignet sich insbesondere für selbstzündende Verbrennungsmotoren, die ein Piezo-Common-Rail-Einspritzsystem mit direkt angetriebenen Injektoren enthalten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann insbesondere zur Überprüfung vieler Systeme des Verbrennungsmotors inklusive des gesamten Einspritzsystems verwendet werden. Es wird vorteilhafterweise bei stabilen Operationsbedingungen eingesetzt, welche insbesondere bei stehendem Fahrzeug in einer Werkstatt vorliegen. Es kann aber auch im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Die Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung kann gegebenenfalls von außerhalb des Motorsteuergeräts angestoßen werden, beispielsweise durch eine Anforderung eines externen Testgeräts.
Ein weiterer besonders vorteilhafter Zeitpunkt zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung liegt unmittelbar bei der Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs vor. Denn zu diesem Zeitpunkt liegen definierte Betriebsstoffe (Kraftstoff, Öl) vor, die einer Erstbefüllungsnorm entsprechen und durch geschultes Personal eingefüllt wurden.
Im Falle der Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung in einer Werkstatt ist darauf zu achten, das vor einem Starten des Verfahrens bestimmte Fehler durch das Werkstattpersonal auszuschließen sind. Dazu gehören Fehler am Drehzahlgeberrad, Undichtigkeiten im Hochdrucksystem und eine Betankung mit einer falschen Kraftstoffsorte.
Im Falle einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung im Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs sind vor einem Starten des Verfahrens die Ergebnisse diverser Systemdiagnosen zu prüfen. Dazu gehören beispielsweise eine Zylindergleichstellungsdiagnose sowie alle Diagnosen der beteiligten Sensoren und Aktoren.
Die Vorteile eines Verfahrens gemäß der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die Diagnoseeigenschaften der verwendeten direkt angetriebenen Piezoinjektoren ein zur Eingrenzung der möglichen Fehlerursachen notwendiger Fixpunkt geschaffen wird.
Die Ergebnisse der verschiedenen Einspritzmengen-Rückrechnungsmodelle müssen an stationären Betriebspunkten ähnliche Ergebnisse liefern und im Falle einer langsamen Änderung von einem Betriebspunkt zum nächsten Betriebspunkt einen ähnlichen Verlauf aufweisen. Die genannten Ergebnisse werden durch eine Auswertung über mathematische Korrelationsfunktionen erhalten. Eine genaue Übereinstimmung der Ergebnisse ist nicht notwendig, insbesondere nicht bei schnellen Übergängen im hochdynamischen Betrieb.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Skizze zur Erläuterung des Aufbaus eines Piezoinjektors, bei welchem ein Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden kann, und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt eine Skizze zur Erläuterung des Aufbaus eines Piezoinjektors, bei welchem ein Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Der dargestellte Piezoinjektor weist einen mit. einer Rohrfeder versehenen Piezoaktor 1, einen Pin 2, ein Hebelgehäuse 3, ein Glocke 4, einen Hebel 5, eine Zwischenscheibe 6, eine Düsennadelfeder 7, eine Düsennadel 8 und einen Düsenkörper 9 auf.
Der Piezoaktor 1 besteht aus einer Vielzahl einzelner dünner Schichten, die sich bei einem Anliegen einer elektrischen Spannung ausdehnen, d. h. sie übersetzen eine angelegte elektrische Spannung in mechanische Arbeit bzw. Energie. Umgekehrt rufen mechanische Beeinflussungen des Piezoaktors elektrische Signale hervor, die gemessen werden können. Die erreichbare Ausdehnung eines Piezoaktors ist abhängig von Parametern, zu denen seine nominelle Länge, die Anzahl seiner Schichten, die Güte der erfolgten Polarisierung und das Verhältnis seiner aktiven Fläche zu seiner Gesamtfläche gehören. Ist ein Piezoaktor aufgeladen, dann verharrt er für die Dauer der jeweiligen Einspritzung in seiner erreichten Ausdehnung.
Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Piezoinjektor, bei dem die Düsennadel 8 durch den Piezoaktor 1 direkt angetrieben wird. Zu diesem Zweck ist der Piezoaktor 1 über den Pin 2, die Glocke 4 und den Hebel 5, bei denen es sich um steife, formschlüssig geführte Koppelelemente handelt, unmittelbar mit der Düsennadel 8 verbunden. Durch diese unmittelbare Verbindung der Düsennadel mit dem Piezoaktor wird ein rückwirkenden Krafteintrag von der Nadelbewegung auf den Piezoaktor ermöglicht, der im Kapazitätsverlauf erkennbar ist. Jeder Krafteintrag in den Piezoaktor äußert sich in einer Änderung der gemessenen Kapazität.
Der Düsenkörper 9 dehnt sich temperaturabhängig aus. Der Zweck der Düsennadelfeder 7 besteht darin, die Düsennadel 8 in ihrem Sitz zu halten. Die genannte Ausdehnung des Düsenkörpers 9 in Richtung seiner Längsachse, die so genannte Düsenlängung, beeinflusst den maximalen Nadelhub. Auch der im nicht gezeichneten Rail herrschende Raildruck bewirkt eine Längung des Düsenkörpers und eine Stauchung der Düsennadel.
Bei einem Nadelöffnungsvorgang erfolgt zunächst ein Aufladen des Piezoaktors 1 durch ein Bestromen desselben. Die Ausdehnung des Piezoaktors beginnt nicht unmittelbar mit der Bestromung, sondern erst mit einem geringen zeitlichen Verzug. Nach einem Überwinden des Leerhubes wird die Ausdehnung des Piezoaktors 1 über den Pin 2 auf die Glocke 4 übertragen, wobei der Pin 2 im Hebelgehäuse 3 geführt wird. Die Glocke 4 drückt beidseits symmetrisch auf den Hebel 5, der ein Hebelpaar bildet. Diese Hebel rollen auf der Zwischenscheibe 5 nach Art einer Wippe. Das Kraft- bzw. Weg-Übersetzungsverhältnis ist durch die Kontur der Hebel bzw. durch die Abmessungen der Teilstrecken relativ zum Auflagepunkt der Hebel auf der Zwischenscheibe gegeben. Der jeweilige Angriffspunkt der beiden Hebel liegt in einer Einkerbung der Düsennadel 8.
Durch die vorstehend beschriebene Mechanik wird die axiale Druckkraft des Piezoaktors 1 auf die Düsennadel 8 übertragen. Die Düsennadel wird aus ihrem Sitz gehoben, sobald die Hebelkraft größer ist als die Summe aus der Federkraft und der hydraulischen Kraft und die Elastizität des Düsenkörpers 9 nicht mehr für ein Nacheilen des Nadelsitzes mit der Düsennadel sorgt.
Nach einem definierten Weg von beispielsweise 100 μm, der bei einem Druck von 200 MPa zurückgelegt wird, trifft der Nadelanschlag auf die Zwischenscheibe. Es baut sich eine Kontaktkraft auf, die auf den Piezoaktor 1 zurückwirkt.
Mit derartigen Piezoaktoren 1 ist es möglich, die Düsennadel 8 nur teilweise aus ihrem Sitz zu heben und im sogenannten Teilhub zu halten. Der freigegebene Durchflussquerschnitt zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper ist dabei kleiner als die Summe der Querschnitte aller Düsenlöcher.
Zu einem nachfolgenden Schließen der Nadel erfolgt eine Entladung des Piezoaktors 1. Diese Entladung des Piezoaktors führt zu einer Kontraktion des Piezoaktors. Zu Beginn des Entladevorganges verkürzt sich der Piezoaktor mit hoher Geschwindigkeit. Im weiteren Verlauf der Entladung sinkt die Verkürzungsgeschwindigkeit des Piezoaktors. Die Düsennadelfeder 7 beschleunigt die Düsennadel 8 weiter in Richtung ihres Nadelsitzes und gleichzeitig die Glocke 4 und den Pin 2 in Gegenrichtung. Der Pin 2 holt den Piezoaktor 1 wieder ein. Auf diese Weise baut sich erneut ein Krafteintrag auf den Piezoaktor 1 auf, bis die Düsennadel 8 in ihrem Sitz anschlägt. Hier enden die Bewegungen von Düsennadel 8, Glocke 4 und Pin 2 abrupt und dadurch auch der Krafteintrag des Pins 2 auf den Piezoaktor 1. Dieser wird weiter entladen und zieht sich so lange weiter zusammen, bis der definierte Leerhub wieder hergestellt ist. Folglich ist die Einspritzung bereits beendet, bevor der Piezoaktor vollständig entladen ist.
Wie vorstehend erläutert wurde, wirkt bei dem in der 1 gezeigten Piezoinjektor der Piezoaktor 1 über steife Koppelelemente 2, 4, 5 direkt auf die Düsennadel 8 und umgekehrt. Dadurch ist eine Erfassung der Kraftwirkungen auf die Düsennadel 8 durch eine Messung der elektrischen Spannung am Piezoaktor 1 möglich. Ein Piezoaktor hat die Eigenschaft, in einer durch elektrische Aufladung erreichten Ausdehnung zumindest solange zu verharren, wie es für den gegenwärtigen Einspritzvorgang notwendig ist.
Des Weiteren wurde oben ausgeführt, dass es bei einem direkt angetriebenen Piezoinjektor möglich ist, diesen in einem Teilhubbetrieb zu betreiben, in welchem die Düsennadel nur einen Teil des maximal möglichen Weges aus dem Nadelsitz gehoben wird und dort verharrt.
Nachfolgend wird der Ablauf eines Verfahrens gemäß der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das beanspruchte Verfahren in einer Werkstatt durchgeführt.
Dabei wird – wie es in der 2 veranschaulicht ist – in einem ersten Schritt S1 ein erster Betriebspunkt angefahren und beibehalten. Dieser erste Betriebspunkt ist gekennzeichnet durch einen ersten Lastpunkt, welcher durch eine erste definierte Kraftstoffmenge und eine erste definierte Motordrehzahl beschrieben wird, einen ersten definierten Kraftstoffdruck, eine erste definierte Anzahl von Einspritzungen, beispielsweise eine kleine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung, einen ersten definierten Temperaturbereich von Kühlwasser, Öl und Kraftstoff sowie eine abgeschaltete Abgasrückführung.
Danach erfolgt in einem zweiten Schritt 52 eine Erfassung der so genannten OPP2-Zeit und der OPP4-Zeit und ein Vergleich der erfassten Zeitwerte mit am Prüfstand ermittelten zugehörigen Normwerten. Unter der OPP2-Zeit ist dabei die Zeit zu verstehen, zu welcher die Düsennadel des Piezoinjektors bei einem Öffnungsvorgang an ihrem Anschlag anschlägt. Unter der OPP4-Zeit ist dabei die Zeit zu verstehen, zu welcher die Düsennadel des Piezoinjektors bei einem Fließvorgang der Düsennadel wieder in ihrem Nadelsitz anschlägt.
Danach erfolgt in einem dritten Schritt S3 ein Vergleich der Ergebnisse von verschiedenen Mengen-Rückrechnungsmodellen mit am Prüfstand ermittelten Normwerten. Dabei erfolgt eine Gegenüberstellung bzw. Kreuzkorrelation der verschiedenen Mengen-Rückrechnungsmodelle untereinander.
In diesem dritten Schritt S3 wird im Sinne eines ersten Unterprogramms U1 durch eine kurze ballistische Ansteuerung des Injektors (Methode A) und/oder durch einen Teilhubbetrieb (Methode B) eine Ansteuerung mit einer kleinen Einspritzmenge und eine dazugehörige Bewertung der Auswirkungen auf das Drehzahlsignal durchgeführt. Dabei wird die Einspritzmenge schrittweise erhöht, bis eine Änderung im Drehzahlsignal erkennbar ist bzw. bis die eingespritzte Minimalmenge für eine Drehmomenterzeugung ausreicht. Während dieser schrittweisen Erhöhung der kleinen Einspritzmenge wird die jeweils zugehörige elektrische Spannung am Piezoaktor gemessen. Sobald eine Änderung im Drehzahlsignal erkennbar ist, wird ein Übergang von „keine Signifikanz” zu „Signifikanz” detektiert. Dies entspricht einer Leerhubdetektion und damit einem Zeitpunkt OPP1, der dem Beginn des Öffnens der Düsennadel bei einem Düsennadel-Öffnungsvorgang entspricht. Dieser Zeitpunkt wird oftmals auch als SOI-Zeitpunkt bezeichnet (Start of Injection). Ist der genannte Übergang detektiert, dann erfolgt eine Abspeicherung der Kenngrößen für die genannte Signifikanz, d. h. eine Abspeicherung der zugehörigen elektrischen Spannung am Piezoaktor und der zugehörigen Kraftstoffeinspritzmenge. Des Weiteren erfolgt eine Abspeicherung der jeweils zugehörigen Teilhubspannung (= Bootniveau 1, Bootniveau 2). Zwischen dem elektrischen Ansteuerbeginn und der jeweiligen Teilhubspannung besteht in einem ordnungsgemäß funktionierenden System für jeden Kraftstoffdruck ein fester Zusammenhang.
Des Weiteren erfolgt in diesem ersten Unterprogramm U1 eine Berechnung der Kraftstoffmenge aus dem so genannten Abgaslambda und der Luftmasse (Berechnung a), eine Berechnung der Kraftstoffmenge aus einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle (Berechnung b), eine Berechnung der Kraftstoffmenge aus den erkannten Anschlagzeiten OPP2 und OPP4 der Düsennadel (Berechnung c) sowie vorzugsweise auch eine Berechnung der Kraftstoffmenge unter Verwendung eines Zylinderdrucksensors (Berechnung d). Bei diesen Berechnungsmodellen muss sich dabei ein charakteristischer Verlauf für den betroffenen Zylinder ergeben.
Schließlich erfolgt in diesem ersten Unterprogramm U1 ein Vergleich der aus den OPP2 und OPP4-Zeiten errechneten Kraftstoffmenge mit der Kraftstoffmenge, die nach der obigen Methode A und/oder B berechnet wurde, sowie eine Abspeicherung der Ergebnisse.
Danach ist das erste Unterprogramm U1 beendet.
Anschließend werden die im Rahmen des ersten Unterprogramms U1 beschriebenen Schritte für jeden der weiteren Zylinder der Brennkraftmaschine in weiteren Unterprogrammen U2, ..., Un wiederholt.
Ist auch diese Wiederholung beendet, dann wird „ein zweiter Betriebspunkt angefahren und beibehalten. Dieser zweite Betriebspunkt ist gekennzeichnet durch einen zweiten Lastpunkt, welcher durch eine zweite definierte Kraftstoffmenge und eine zweite definierte Motordrehzahl beschrieben wird, einen zweiten definierten Kraftstoffdruck, eine zweite definierte Anzahl von Einspritzungen, einen zweiten definierten Temperaturbereich von Kühlwasser, Öl und Kraftstoff und eine abgeschaltete Abgasrückführung.
Danach werden für diesen zweiten Betriebspunkt dieselben Tests durchgeführt, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Betriebspunkt beschrieben wurden. Dies ist in der 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet.
Danach wird ein dritter Betriebspunkt angefahren und beibehalten. Dieser dritte Betriebspunkt ist gekennzeichnet durch einen dritten Lastpunkt, welcher durch eine dritte definierte Kraftstoffmenge und eine dritte definierte Motordrehzahl beschrieben wird, einen dritten definierten Kraftstoffdruck, eine dritte definierte Anzahl von Einspritzungen, einen dritten definierten Temperaturbereich von Kühlwasser, Öl und Kraftstoff und eine abgeschaltete Abgasrückführung.
Danach werden auch für diesen dritten Betriebspunkt dieselben Tests durchgeführt, die oben im Zusammenhang mit dem ersten Betriebspunkt beschrieben wurden.
Danach ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Verfahren beendet und es erfolgt eine Auswertung der erhaltenen Testergebnisse. Im Rahmen dieser Auswertung sind insbesondere die folgenden Fehlerbilder erkennbar:
Fehlerbild 1: Sind bezüglich eines Zylinders die Bootniveaus in Ordnung, die Zeitpunkte OPP2 und OPP4 in Ordnung und zeigen die Berechnungen b bzw. die Methoden A und/oder B eine Abweichung sowie die Berechnung c keine Abweichung, dann kann die Verbrennungsgüte dieses Zylinders schlecht sein, ein Kompressionsverlust vorliegen und evtl. bzgl. der Kolbenringe eine erhöhte Reibung bestehen.
Fehlerbild 2: Ist auf einem Zylinder ein Bootniveau zu hoch, die Zeitpunkte OPP2 und OPP4 in Ordnung und zeigen die Berechnung b bzw. die Methoden A und/oder B eine Abweichung sowie die Berechnung c keine Abweichung, dann kann bzgl. dieses Zylinders ein Einspritzmengenfehler vorliegen. Des Weiteren kann bzgl. dieses Zylinders eine massive Verkokung bestehen. Ferner kann eine erhöhte Reibung im Injektor vorliegen. Eine Unterscheidung zwischen dem Vorliegen einer Verkokung und dem Vorliegen von Reibung kann anhand des Absolutwertes der Piezokapazität und dem Kapazitätsgradienten getroffen werden.
Fehlerbild 3: Ist auf allen Zylindern ein Bootniveau zu hoch, sind bzgl. aller Zylinder die Zeitpunkte OPP2 und OPP4 in Ordnung, zeigen die Methoden A und B Abweichungen, wobei die volumetrische Kraftstoffzumessung in Ordnung ist, aber eine höhere Kraftstoffmenge als erwartet für eine Drehmomenterzeugung benötigt wird, dann liegt eine schlechte Verbrennungsqualität auf allen Zylindern vor, wobei die Kraftstoffqualität schlecht sein kann, der Kraftstoff nicht den vermeintlichen Druck haben kann, der Hochdrucksensor In-Range-Drift zu deutlich zu niedrigen Werten führen kann oder die Abgasrückführung fälschlicherweise permanent geöffnet sein kann. Dies ist vom Personal der Werkstatt zu überprüfen.
Fehlerbild 4: Liegt bzgl. eines Zylinders ein zu niedriges Bootniveau 1 vor, dann liegt bzgl. dieses Zylinders ein zu geringer Leerhub (Blindlift) vor.
Fehlerbild 5: Liegt bzgl. eines Zylinders ein zu hohes Bootniveau 1 vor, dann liegt bzgl. dieses Zylinders ein zu hoher Leerhub (Blindlift) vor.
Fehlerbild 6: Liegt bzgl. aller Zylinder das Bootniveau 1 und/oder das Bootniveau 2 zu niedrig, dann liegt ein Hochdrucksensor In-Range-Drift zu deutlich zu hohen Werten vor.

Claims

Verfahren zur Erkennung fehlerhafter Komponenten eines einen piezoelektrischen Aktor und eine von diesem direkt angetriebene Düsennadel aufweisenden Piezoinjektors des Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, bei welchem der Piezoinjektor in einem Teilhubbetrieb und einem Vollhubbetrieb betreibbar ist, mit folgenden Schritten: – Herbeiführen eines definierten Betriebspunktes des Verbrennungsmotors, – Messen der Zeit (OPP2), nach welcher bei einem Öffnen der Düsennadel die Düsennadel an ihrem Anschlag anschlägt, und der Zeit (OPP4), nach welcher bei einem Schließen der Düsennadel die Düsennadel wieder an ihrem Nadelsitz anschlägt, – Vergleichen der gemessenen Zeiten mit am Prüfstand ermittelten Normwerten, – Berechnen eines oder mehrerer Parameter des Kraftstoffeinspritzsytems jeweils nach unterschiedlichen Berechnungsmodellen und Abspeichern der erhaltenen Ergebnisse, – Vergleichen der berechneten Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle mit am Prüfstand ermittelten Normwerten und – Vergleichen der beschriebenen Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle untereinander.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Betriebspunkt durch einen Lastpunkt, einen Kraftstoffdruck, eine definierte Anzahl von Einspritzungen, einen definierten Temperaturbereich von Kühlwasser, Öl und Kraftstoff sowie eine abgeschaltete Abgasrückführung gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es für mehrere Betriebspunkte durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein berechneter Parameter die Kraftstoffmenge ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein berechneter Parameter die Motordrehzahl ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der berechneten Parameter mit am Prüfstand ermittelten Normwerten und das Vergleichen der berechneten Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle untereinander für jeden Zylinder des Kraftstoffeinspritzsystems individuell durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen der berechneten Parameter mit am Prüfstand ermittelten Normwerten und das Vergleichen der berechneten Parameter der verschiedenen Berechnungsmodelle untereinander für alle Zylinder des Kraftstoffeinspritzsystems durchgeführt wird.