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DE102013222603A1 - Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors - Google Patents

Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors Download PDF

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DE102013222603A1
DE102013222603A1 DE201310222603 DE102013222603A DE102013222603A1 DE 102013222603 A1 DE102013222603 A1 DE 102013222603A1 DE 201310222603 DE201310222603 DE 201310222603 DE 102013222603 A DE102013222603 A DE 102013222603A DE 102013222603 A1 DE102013222603 A1 DE 102013222603A1
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DE
Germany
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injector
error
opening
delay time
ballistic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201310222603
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Joos
Florian Stief
Alexander Schenck Zu Schweinsberg
Markus Amler
Markus Willimowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to US14/533,577 priority patent/US20150122000A1/en
Priority to CN201410618426.3A priority patent/CN104632445B/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei der Injektors (14) ein elektromagnetisch betätigtes Ventilelement (15) aufweist, wobei eine ballistische Teileinspritzung durchgeführt wird, wobei der Injektors (14) ballistisch angesteuert wird, dass das Ventilelement (15) nicht bis zu einem Hubanschlag (118) geöffnet wird, eine ballistische Schließverzugszeit bestimmt wird, die bestimmten ballistische Schließverzugszeit mit einem Referenzwert verglichen wird und aus dem Vergleich auf einen Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors (14) erkannt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors.
  • Stand der Technik
  • Injektoren sind bekannt und werden vielfältig eingesetzt, insbesondere als Kraftstoff-Einspritzinjektoren in Brennkraftmaschinen. Verbreitet sind Magnet- und Piezoinjektoren. Ein typischer Injektor umfasst ein elektrisch ansteuerbares Ventilelement, das einen Strömungsweg des Kraftstoffs freigeben und sperren kann. Das Ventilelement umfasst eine Ventilnadel (bzw. Injektornadel) und einen Magnetaktor (Anker bzw. Magnetanker und Spule) oder einen Piezoaktor. Der Aktor ist mit der Ventilnadel gekoppelt und wird elektrisch angesteuert. Durch eine Ventilfeder werden der Aktor und die Ventilnadel in eine stromlose Endstellung ("Normalstellung", "Nulllage") gedrückt. In dieser unbetätigten Endstellung ist der Strömungsweg des Kraftstoffs entweder gesperrt (NC) oder geöffnet (NO).
  • Bei einem Magnetinjektor wird durch eine Ansteuerung in Form einer elektrischen Bestromung einer Magnetspule, beispielsweise im Zuge einer Hauptbestromung bzw. Hauptansteuerung, eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Anker mit der Ventilnadel entgegen der Kraft der Ventilfeder bewegt. Dies wiederum bewirkt, dass im Falle eines NC-Injektors die Strömung des Kraftstoffs freigegeben wird bzw. im Falle eines NO-Injektors die Strömung des Kraftstoffs gesperrt wird.
  • Endet die Bestromung des Magnetinjektors, so baut sich das Magnetfeld, das den Anker in der betätigten Stellung des Magnetinjektors hält, ab. Danach überwiegt die Kraft der dem Magnetfeld entgegenwirkenden Ventilfeder. Diese wirkt derart auf den Anker, dass dieser sich von der Magnetspule wegbewegt. Dies wiederum bewirkt, dass das Ventilelement in die unbetätigte Endstellung wechselt.
  • In einem Piezoinjektor wird eine Ventilnadel eines entsprechenden Ventilelements auf analoge Weise angesteuert. Dabei wird jedoch keine Magnetspule bestromt, sondern das Ventilelement wird mittels eines Piezo-Aktors bewegt. Durch das Anlegen einer Spannung an den Piezo-Aktor wird dieser geladen und dadurch ein Öffnen der Ventilnadel bewirkt. Wird der Piezo-Aktor entladen, schließt sich die Nadel wieder.
  • Bei Injektoren treten dabei Verzögerungszeiten auf. Eine Öffnungsverzugszeit ist die Zeit zwischen dem Beginn der Ansteuerung und einem Öffnungszeitpunkt, zu welchem die Strömung des Kraftstoffs bzw. eine Kraftstoffförderung freigegeben wird. Eine Schließverzugszeit ist die Zeit zwischen dem Ende der Ansteuerung und einem Schließzeitpunkt, zu welchem die Freigabe der Kraftstoffförderung endet. Die Zeitdauer, zwischen Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt wird dabei als Öffnungsdauer bezeichnet, während der eine bestimmte Menge an Kraftstoff durch den Injektor gefördert wird. Die Zeitdauer zwischen Beginn und Ende der Ansteuerung wird als Ansteuerdauer bezeichnet. Für eine präzise Steuerung des Injektors und dieser geförderten Kraftstoffmenge müssen daher Öffnungsverzugszeit und Schließverzugszeit bzw. der genauen Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt des Injektors bekannt sein.
  • Die Schließverzugszeit kann dabei auf einfache Weise bestimmt werden, auch im regulären laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine. Der Schließzeitpunkt kann im Zuge einer Regelung des Injektors (beispielsweise einer Controlled Valve Operation, CVO) bestimmt werden. Dabei kann beispielsweise ein Spannungssignal einer Magnetspule untersucht werden. Von diesem Spannungssignal kann auf eine Bewegung des Ankers rückgeschlossen werden.
  • Somit kann aus dem Spannungssignal der Schließzeitpunkt und letztendlich auch die Schließverzugszeitbestimmt werden.
  • Beispielsweise ist aus der DE 10 2009 028 650 A1 ein Verfahren bekannt, um die Öffnungsverzugszeit eines Magnetinjektors (bzw. Kraftstoff-Einspritzventils) zu bestimmen. Dabei werden eine maximalen Ansteuerdauer und eine maximale Öffnungsdauer des Magnetinjektors, bei denen jeweils gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird, ermittelt. Des Weiteren wird für diese maximale Ansteuerdauer und maximale Öffnungsdauer jeweils eine Schließdauer des Magnetinjektors ermittelt. Aus diesen Ergebnissen wird die Öffnungsverzugszeit ermittelt.
  • Aus Diagnosegründen, beispielsweise im Zuge einer On-Board-Diagnose, kann es erforderlich sein, permanent zu überwachen, ob ein Fehler in dem Öffnungsverhalten des Injektors vorliegt. Ein derartiger Fehler in dem Öffnungsverhalten bedeutet zumeist eine Änderung der Öffnungsverzugszeit, beispielsweise aufgrund von Verschleißerscheinungen des Injektors. Beispielsweise sollen frühzeitig Fehler erkannt werden, welche zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhten Emissionen der Brennkraftmaschine führen. Ein Bestimmen der Öffnungsverzugszeit, beispielsweise gemäß DE 10 2009 028 650 A1 , ist jedoch sehr aufwendig und umständlich und kann nicht ohne weiteres in den laufenden Betrieb einer Brennkraftmaschine implementiert werden.
  • Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um einen Fehler in einem Öffnungsverhalten eines Injektors auf einfache Weise erkennen zu können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Erfindungsgemäß wird eine ballistische Teileinspritzung durchgeführt. Bei einer derartigen ballistischen Teileinspritzung wird der Injektor ballistisch angesteuert, so dass das Ventilelement nicht bis zu einem Hubanschlag geöffnet wird. Insbesondere umfasst das Ventilelement eine Ventilnadel. Durch die ballistische Teileinspritzung wird das Ventilelement derart angesteuert, dass die Ventilnadel keinen kompletten Hub ausführt und nur leicht in Bewegung versetzt wird.
  • Im Gegensatz zu der ballistischen Teileinspritzung wird als Volleinspritzung bezeichnet, wenn der Injektor derart angesteuert wird, dass sich die Ventilnadel bis zu einem Hubanschlag bewegt und der Injektor vollständig geöffnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird im Zuge der ballistischen Teileinspritzung eine ballistische Schließverzugszeit bestimmt. Diese ballistische Schließverzugszeit ist dabei die Zeit zwischen dem Ende der Bestromung des Injektors und einem Schließzeitpunkt, ab welchem der Injektor geschlossen ist bzw. zu welchem eine Kraftstoffförderung durch den Injektor endet. Aus einem Vergleich der Schließverzugszeit mit einem Referenzwert wird ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors erkannt bzw. bestimmt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, da die ballistische Teileinspritzung vorteilhafterweise mengen- und momentneutral durchgeführt werden kann. Die Erfindung ist auf einfache Weise und ohne großen Aufwand durchzuführen. An der Brennkraftmaschine müssen keine Umbaumaßnahmen durchgeführt werden. Somit kann eine On-Board-Diagnose realisiert werden, in welcher während des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine überwacht wird, ob ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors vorliegt. Somit können die einzelnen Injektoren einer Brennkraftmaschine auf einfache Weise überwacht werden. Ein defekter Injektor mit einem Fehler im Öffnungsverhalten kann somit frühzeitig erkannt und ausgewechselt werden. Insbesondere kann eine entsprechende Maßnahme durchgeführt werden, wenn ein Fehler im Öffnungsverhalten erkannt wird.
  • Beispielsweise kann eine akustische oder visuelle Warnmeldung ausgegeben werden.
  • Aufgrund eines derartigen Fehlers im Öffnungsverhalten verändert sich insbesondere eine Öffnungsverzugszeit des Injektors. Insbesondere erhöht sich die Öffnungsverzugszeit dabei. Somit ändert sich auch die Öffnungsdauer des Injektors und die geförderte Kraftstoffmenge. Durch die Erfindung kann somit frühzeitig erkannt werden, wenn sich aufgrund eines Fehlers im Öffnungsverhalten die geförderte Kraftstoffmenge verändert.
  • Die Erfindung macht sich eine spezielle Eigenschaft der ballistischen Teileinspritzung zu Nutze. Dadurch, dass die Ventilnadel sich nicht bis zum Hubanschlag bewegt, geht die Bewegung der Ventilnadel zum Öffnen des Injektors direkt in die Bewegung zum Schließen des Injektors über. Öffnen (bzw. Öffnungsverhalten) und Schließen (bzw. Schließverhalten) des Injektors sind daher miteinander gekoppelt. Ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors beeinflusst in einer ballistischen Teileinspritzung auch das Schließverhalten des Injektors. Im Gegensatz dazu sind bei der Vollhubeinspritzung Öffnungsverhalten und Schließverhalten des Injektors voneinander entkoppelt. Ein Fehler im Öffnungsverhalten wirkt sich bei einer Vollhubeinspritzung nicht auf das Schließverhalten und somit nicht auf die Schließverzugszeit des Injektors aus.
  • Der Injektor kann insbesondere als ein Magnetinjektor oder ein Piezoinjektor ausgebildet sein. Das Ventilelement eines Magnetinjektors weist dabei insbesondere einen Anker bzw. Magnetanker auf. Im Zuge der ballistischen Teileinspritzung wird eine Spule des Magnetinjektors vergleichsweise kurz angesteuert. Bevor der Anker einen Hubanschlag erreicht und bevor der Magnetinjektor komplett geöffnet ist, bewegen sich Anker und Ventilnadel in die Gegenrichtung und der Magnetinjektor schließt wieder. Das Ventilelement eines Piezoinjektors weist insbesondere einen Piezo-Aktor auf. Dabei wird dieser Piezo-Aktor im Zuge der ballistischen Teileinspritzung vergleichsweise kurz angesteuert.
  • Vorteilhafterweise ist die ballistische Teileinspritzung der Vollhubeinspritzung vor oder nachgestellt ist. Die Brennkraftmaschine bzw. der Injektor wird dabei im regulären laufenden Betrieb in der Vollhubeinspritzung betrieben. Die ballistische Teileinspritzung wird vor oder nach einem Hub der Vollhubeinspritzung durchgeführt. Somit kann die Überprüfung, ob ein Fehler im Öffnungsverhalten vorliegt, als On-Board-Diagnose realisiert werden. Die ballistische Teileinspritzung bzw. die On-Board-Diagnose kann beispielsweise vor jedem Hub der Vollhubeinspritzung durchgeführt werden oder in bestimmten zeitlichen Abständen und/oder nach bestimmten zurückgelegten Distanzen der Brennkraftmaschine. Somit kann insbesondere eine permanente Überwachung realisiert werden. Da die ballistische Teileinspritzung bevorzugt mengen- und momentneutral durchgeführt wird, beeinflusst die ballistische Teileinspritzung die Vollhubeinspritzung und somit den regulären Betrieb der Brennkraftmaschine nicht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Spannungssignal an dem Ventilelement erfasst und daraus der Referenzwert bestimmt. Dabei wird insbesondere ein Spannungssignal an einem aktiven Element des Injektors, d.h. an einer Magnetspule bzw. an einem Piezo-Aktor, bestimmt. Das Spannungssignal wird dabei insbesondere im Zuge einer Regelung des Injektors (beispielsweise einer Controlled Valve Operation, CVO) bestimmt. Mittels des Spannungssignals kann ein Schließzeitpunkt des Injektors bestimmt werden. Mit diesem bestimmten Schließzeitpunkt kann auch die Schließverzugszeit auf einfache Weise bestimmt werden. Diese Schließverzugszeit stellt eine Injektorabhängige typische Referenz-Schließverzugszeit dar und wird als Referenzwert bzw. als eine Referenz-Schließverzugszeit für den Vergleich mit der ballistischen Schließverzugszeit genutzt. Weicht die ballistische Schließverzugszeit um mehr als einen bestimmten Schwellwert von dem Referenzwert ab, weist dies eindeutig auf einen Fehler im Öffnungsverhalten hin. Beispielsweise bei einem Magnetinjektor induziert die Bewegung des Magnetankers in der Magnetspule eine Spannung, welche als besagtes Spannungssignal bestimmt werden kann Aus dem Spannungssignal an der Magnetspule kann somit auf die Bewegung des Ankers rückgeschlossen werden. Bei einem Piezoinjektor kann beispielsweise in dem Piezo-Aktor eine Spannung induziert werden, welche als besagtes Spannungssignal bestimmt werden kann.
  • Vorzugsweise wird, wenn ein Fehler im Öffnungsverhalten erkannt wird, eine Diagnose des Injektors durchgeführt. Dabei wird überprüft, ob tatsächlich ein Fehler im Öffnungsverhalten vorliegt. Im Zuge dieser Diagnose wird der Injektor genau untersucht und das Öffnungsverhalten des Injektors wird präzise bestimmt. Eine derartige Diagnose wird dabei insbesondere außerhalb des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dabei wird die Brennkraftmaschine insbesondere in einem speziellen Sondermodus betrieben. Im Zuge dieses Sondermodus wird insbesondere eine Grundadaption der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dabei werden insbesondere Testläufe und Lerneinspritzungen durchgeführt und die Brennkraftmaschine wird gemäß bestimmten Kraftstoffdruckvorgaben betrieben. Somit kann das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst verifiziert werden, bevor der Injektor ausgetauscht wird. Somit wird das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals gegengeprüft und verhindert, dass fehlerhafterweise ein nicht defekter Injektor ausgetauscht wird.
  • Bevorzugt wird die Öffnungsverzugszeit des Injektors bestimmt. Insbesondere kann diese bestimmte Öffnungsverzugszeit im Zuge der obig beschriebenen Überprüfung, ob tatsächlich ein Fehler im Öffnungsverhalten vorliegt, durchgeführt werden. Weicht diese bestimmte Öffnungsverzugszeit von einem (beispielsweise in einer Steuerung bzw. einem Steuergerät) hinterlegten Referenzwert der Öffnungsverzugszeit ab, bedeutet dies, dass tatsächlich ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors vorliegt. Um die Öffnungsverzugszeit zu bestimmen können aufwendigere und umständlichere Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise in einer Werkstatt. Insbesondere wird die Öffnungsverzugszeit mittels des Verfahrens durchgeführt, welches in der DE 10 2009 028 650 A1 beschrieben wird.
  • Bevorzugt wird die ballistische Teileinspritzung mengen- und momentneutral durchgeführt. Somit beeinflusst und verschlechtert die ballistische Teileinspritzung weder Laufruhe, Kraftstoffverbrauch, Abgaswerte noch abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine. Insbesondere wenn die ballistische Teileinspritzung vor einem Hub im Zuge der Vollhubeinspritzung durchgeführt wird, beeinflusst die ballistische Teileinspritzung die Brennkraftmaschine dennoch nicht.
  • 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 von Software 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 Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, 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.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm eine Brennkraftmaschine, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • 2 zeigt schematisch einen Magnetinjektor, der für die Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. .
  • 3 zeigt schematisch ein Diagramm des Öffnungs- und Schließverhaltens eines fehlerfreien Magnetinjektors in einer Vollhubeinspritzung.
  • 4 zeigt schematisch ein Diagramm des Öffnungs- und Schließverhaltens eines defekten Magnetinjektors in einer Vollhubeinspritzung.
  • 5 zeigt schematisch ein Diagramm des Öffnungs- und Schließverhaltens eines fehlerfreien und eines defekten Magnetinjektors in einer ballistischen Teileinspritzung.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die 1 zeigt ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems 11 einer Brennkraftmaschine 10 mit vorliegend vier Zylindern 12 und zugehörigen elektrisch betätigten Injektoren (bzw. Einspritzventilen) 14 zur Einspritzung von Kraftstoff, die entsprechend den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 mit den Indizes a bis d versehen sind, bei allgemeiner Bezugnahme nachfolgend aber ohne Indizes bezeichnet werden. In diesem speziellen Beispiel sind die Injektoren 14 als elektromagnetisch betätigte Magnetinjektoren ausgebildet. Die Injektoren 14 können jedoch beispielsweise auch als Piezoinjektoren ausgebildet sein. Die Magnetinjektoren 14 weisen je ein (in der 1 nicht sichtbares) elektromagnetisch betätigtes Ventilelement 15 (vgl. 2) auf. Oberhalb der Magnetinjektoren 14 ist ein Common-Rail-Block 16 dargestellt, der aus einer Hochdruckleitung 18 mit Kraftstoff gespeist und von einem Drucksensor 20 überwacht wird. Die Brennkraftmaschine 10 ist entweder als ein Benzinmotor oder als ein Dieselmotor ausgeführt. Im rechten oberen Teil der 1 ist ein Steuergerät 22 zusammen mit angedeuteten abgehenden und ankommenden Steuerleitungen dargestellt, sowie ein darin enthaltenes elektrisches Speichermedium 24 und ein Computerprogramm 26. Das Steuergerät 22 ist dabei dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • Im Betrieb speist eine (nicht dargestellte) Kraftstoffpumpe den Common-Rail-Block 16 über die Hochdruckleitung 18, wobei der Drucksensor 20 den aktuellen Druck über eine angedeutete Signalleitung zur Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 meldet. Die vier Magnetinjektoren 14 setzen abhängig von einem Ansteuersignal eine bestimmte Kraftstoffmenge in die Zylinder 12 ab.
  • 2 zeigt schematisch einige Elemente eines Magnetinjektors 14 zur Kraftstoff-Direkteinspritzung einer Brennkraftmaschine 10. In 2 ist der Magnetinjektor 14 geschlossen gezeigt. Dargestellt ist ein Elektromagnet 113 mit einer Ankerwicklung (bzw. Magnetspule) 112 und einem Anker 114, der bei einer Bestromung in die Ankerwicklung 112 gezogen wird. Die Bewegung des Ankers 114 ist durch einen Ruhesitz 116 sowie einen Ankeranschlag 118 begrenzt. Bei geschlossenem Magnetinjektor 14 bzw. in einer unbetätigten Endstellung liegt der Anker 114 auf dem Ruhesitz 116 auf. Durch eine axiale Bohrung im Anker 114 ist eine Ventilnadel (bzw. Injektornadel) 120 geführt, welche an ihrem in der Zeichnung oberen Ende fest mit einem scheibenförmigen Teller 122 verbunden ist. Auf den Teller 122 wirkt eine Schraubenfeder 124 ein und beaufschlagt die Ventilnadel 120 somit in Schließrichtung mit einer Kraft. Die Ventilnadel 120, der Teller 122 und gegebenenfalls der Anker 114 bilden zusammen das Ventilelement 15.
  • Am in der Zeichnung unteren Ende des Magnetinjektors 14 ist ein Ventilsitz 126 angeordnet. Eine Auslassöffnung 128 ist bei auf dem Ventilsitz 126 aufliegender Ventilnadel 120 verschlossen und bei abgehobener Ventilnadel 120 geöffnet (nicht dargestellt). Sonstige Elemente des Magnetinjektors 14, wie zum Beispiel Kraftstoffkanäle, sind nicht mit dargestellt. Alle Bewegungen geschehen in einer auf die 2 bezogenen vertikalen Richtung.
  • In 3 ist ein Diagramm 300 dargestellt, welches die Bewegung des Ankers 114 bei elektromagnetischer Ansteuerung des Ventilelements 15 in einer Vollhubeinspritzung darstellt. Die Kurve 301 symbolisiert dabei eine Position P des Ankers 114 über die Zeit t. Die Kurve 301 beschreibt dabei einen fehlerfreien Magnetinjektor, der keinen Fehler im Öffnungsverhalten aufweist.
  • Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung des Ventilelements 15 und die Ankerwicklung 112 wird bestromt. Zum Zeitpunkt t2 endet die Ansteuerung des Ventilelements 15 und die Ankerwicklung 112 wird nicht mehr bestromt. Die Zeit zwischen Beginn t1 und Ende t2 der Ansteuerung wird als Ansteuerdauer ΔtA bezeichnet.
  • Nach dem Beginn der Ansteuerung t1 verstreicht eine Öffnungsverzugszeit ΔtO, bevor der Anker 114 sich von seinem Ruhesitz 116 in Richtung des Ankerschlags 118 bewegt, die Ventilnadel 120 die Auslassöffnung 128 freigibt und somit das Ventilelement 15 zum Zeitpunkt tO öffnet. Die Position des Ankers 114 im Ruhesitz 116 ist in Diagramm 300 als P0 bezeichnet. Die Position des Ankers 114, in welcher das Ventilelement 15 öffnet, ist mit P1 bezeichnet. Die Position des Ankers 114 am Ankeranschlag 118 ist mit P2 bezeichnet.
  • Analog verstreicht nach dem Ende der Ansteuerung t2 eine Schließverzugszeit ΔtS, bevor der Ankers 114 wieder zum Zeitpunkt tS die Position P1 erreicht, in welcher das Ventilelement 15 schließt.
  • In 4 ist ein Diagramm 400 analog zu Diagramm 300 dargestellt. Kurve 401 beschreibt die Bewegung des Ankers 114 bei elektromagnetischer Ansteuerung des Ventilelements 15 in der Vollhubeinspritzung eines defekten Magnetinjektors, der einen Fehler im Öffnungsverhalten aufweist. Zum Vergleich ist in Diagramm 400 auch die Kurve 301 eines fehlerfreien Magnetinjektors gestrichelt zum Vergleich dargestellt.
  • Die Ansteuerzeit ΔtA im Beispiel von 4 ist dieselbe wie im Beispiel von 3. Das Öffnungsverhalten des fehlerfreien Magnetinjektors gemäß Kurve 301 unterscheidet sich dabei deutlich vom Öffnungsverhalten des defekten Magnetinjektors gemäß Kurve 401. Der defekte Magnetinjektor bzw. dessen Ventilelement öffnet dabei erst zu einem Zeitpunkt tO*, welcher später erfolgt als Zeitpunkt tO, zu welchem der fehlerfreie Magnetinjektor bzw. dessen Ventilelement öffnet. Demgemäß ist auch die Öffnungsverzugszeit ΔtO* des defekten Magnetinjektors größer als die Öffnungsverzugszeit ΔtO des fehlerfreien Magnetinjektors.
  • Da sich der Fehler im Öffnungsverhalten jedoch nicht auf das Schließverhalten auswirkt, sind die Schließverzugszeiten ΔtS des defekten und des fehlerfreien Magnetinjektors gemäß den Kurven 301 und 401 identisch.
  • Daher führt das Steuergerät 22 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch. Dabei wird im laufenden regulären Betrieb der Brennkraftmaschine 10 eine ballistische Teileinspritzung durchgeführt. Diese ballistische Teileinspritzung wird dabei der Vollhubeinspritzung zweckmäßigerweise vor- oder nachgestellt. Weiterhin wird die Teileinspritzung mengen- und momentneutral durchgeführt, so dass die Brennkraftmaschine unverändert weiter läuft.
  • In 5 ist ein Diagramm 500 dargestellt, das die Bewegung des Ankers 114 bei elektromagnetischer Ansteuerung des Ventilelements 15 in der ballistischen Teileinspritzung darstellt. Kurve 501 beschreibt dabei einen fehlerfreien Magnetinjektor, Kurve 502 einen defekten Magnetinjektor.
  • Die Ansteuerung endet in der ballistischen Teileinspritzung dabei bereits zum Zeitpunkt t2'. Die Ansteuerdauer ΔtA' in der ballistischen Teileinspritzung ist somit kürzer als die Ansteuerdauer ΔtA in der Vollhubeinspritzung. Der Anker 114 kann sich somit nicht bis zu dem Ankeranschlag 118 bewegen, sondern bewegt sich wieder in seinen Ruhesitz 116, bevor das Ventilelement 15 komplett öffnet. Das Öffnungsverhalten geht somit direkt in das Schließverhalten über bzw. die Bewegung des Ankers 114 zum Öffnen des Ventilelements 15 geht direkt in die Bewegung des Ankers 114 zum Schließen des Ventilelements 15 über. Öffnungs- und Schließverhalten sind somit miteinander gekoppelt.
  • Öffnungsverzugszeiten ΔtO und ΔtO* des fehlerfreien und defekten Magnetinjektors in der ballistischen Teileinspritzung gemäß Kurven 501 und 502 sind analog zu den Öffnungsverzugszeiten gemäß Kurve 301 und 401 in der Vollhubeinspritzung. In der ballistischen Teileinspritzung sind jedoch auch die ballistischen Schließverzugszeiten des fehlerfreien und defekten Magnetinjektors deutlich unterschiedlich.
  • Der fehlerfreie Magnetinjektor bzw. dessen Ventilelement schließt gemäß Kurve 501 zum Zeitpunkt ts'. Diese ballistischen Schließverzugszeit ΔtS-Ref des fehlerfreien Magnetinjektors gemäß Kurve 501 in der ballistischen Teileinspritzung stellt daher eine Referenz-Schließverzugszeit dar und wird als Referenzwert für die Schließverzugszeit des Magnetinjektors bestimmt. Um diesen Referenzwert ΔtS-Ref zu bestimmen, wird bevorzugt ein Spannungssignal der Ankerwicklung 112 des Magnetinjektors erfasst und ausgewertet.
  • Der defekte Magnetinjektor bzw. dessen Ventilelement gemäß Kurve 502 schließt zu einem früheren Zeitpunkt ts*. Die ballistische Schließverzugszeit ΔtS* des defekten Magnetinjektors gemäß Kurve 502 ist sehr viel geringer als die ballistische Schließverzugszeit ΔtS-Ref des fehlerfreien Magnetinjektors gemäß Kurve 501.
  • Somit ist die ballistische Schließverzugszeit ΔtS* geringer als der Referenzwert. Somit wird erkannt, dass der Magnetinjektor gemäß Kurve 502 einen Fehler im Öffnungsverhalten aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009028650 A1 [0009, 0010, 0024]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erkennen eines Fehlers im Öffnungsverhalten eines Injektors (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei der Injektor (14) ein elektrisch betätigtes Ventilelement (15) aufweist, wobei eine ballistische Teileinspritzung durchgeführt wird, wobei – der Injektor (14) ballistisch angesteuert wird, wobei das Ventilelement (15) nicht bis zu einem Hubanschlag (118) geöffnet wird, – eine ballistische Schließverzugszeit (ΔtS) bestimmt wird, – die bestimmte ballistische Schließverzugszeit (ΔtS) mit einem Referenzwert verglichen wird und – aus dem Vergleich ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors (14) erkannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ballistische Teileinspritzung einer Vollhubeinspritzung vor- oder nachgestellt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Spannungssignal an dem Ventilelement erfasst wird und daraus eine Schließverzugszeit (ΔtS-Ref) des Injektors als Referenzwert bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors (14) erkannt wird, eine Diagnose des Injektors durchgeführt wird, wobei überprüft wird, ob tatsächlich ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors (14) vorliegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Öffnungsverzugszeit (ΔtO) des Injektors (14) bestimmt wird um zu überprüfen, ob tatsächlich ein Fehler im Öffnungsverhalten des Injektors (14) vorliegt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ballistische Teileinspritzung mengen- und momentneutral durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Fehler im Öffnungsverhalten eines Magnetinjektors (14) oder eines Piezoinjektors erkannt wird.
  8. Steuergerät (22), das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  9. Computerprogramm, das ein Steuergerät (22) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf dem Steuergerät (22), insbesondere nach Anspruch 8, ausgeführt wird.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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