Titel

Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Stand der Technik

Kraftstoffzumesssysteme ermöglichen die Zumessung des für eine Verbrennung in einer Brennkraftmaschine benötigten Kraftstoffs mittels eines oder mehrerer Injektoren. Bei der Benzin-Direkteinspritzung und der Common-Rail-Einspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Für die Verbrennungsqualität und damit den Verbrauch sowie das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine ist die zugemessene Kraftstoffmenge von entscheidender Bedeutung.

Die zugemessene Kraftstoff menge wird jedoch durch Eigenschaften des Injektors selbst beeinflusst. Aufgrund von Exemplarstreuungen, die bei den in einer Brennkraftmaschine verwendeten Injektoren auftreten, ist die von unterschiedlichen Injektoren zugemessene Kraftstoffmenge für identische Ansteuerungen meist unterschiedlich, was eine verminderte Verbrennungsqualität mit sich bringen kann. Auch erzeugen nicht alle Zylinder der Brennkraftmaschine bei gleicher Ansteuerung das gleiche Drehmoment. Folge dieser Drehmomentunterschiede sind ein unrunder Motorlauf und eine erhöhte Emission. Mittels eines Hochlauftests kann die Mengenabweichung der verbauten Injektoren eines Verbrennungsmotors auch in einem Kraftfahrzeug in Endkundenbesitz einfach ohne Demontage geprüft werden. Die besonderen Bedingungen im Werkstattumfeld lassen veränderte Betriebsarten sowie fest definierte, stabile Betriebspunkte zu. Dies ist im Fahrbetrieb häufig nicht möglich, da die Steuerung der Brennkraftmaschine den Fahrerwunsch umsetzen muss. Unterschiedliche Einspritzmengen können bei dem Hochlauftest der Brennkraftmaschine erkannt werden, indem die Brennkraftmaschine ausgehend von einer bestimmten Ausgangsdrehzahl durch Vorgabe einer definierten Soll-Einspritzmenge für alle Injek- toren außer einem für eine feste Zeitdauer beschleunigt wird (sog. Hochlaufen).

Hierbei werden Genauigkeits-, Abgleichs- und Korrekturfunktionen mit ggf. in der Vergangenheit gelernten Werten unterdrückt, um den Ist-Zustand möglichst deutlich zu erkennen. Die dann erreichte Zieldrehzahl wird gemessen. Der nicht angesteuerte Injektor wird durchvariiert. Unterscheiden sich die Zieldrehzahlen bzw. weicht eine Zieldrehzahl signifikant vom Durchschnitt der anderen Zieldrehzahlen ab, kann daraus auf eine Abweichung der Ist-Einspritzmenge von der Soll- Einspritzmenge geschlossen werden.

Dies hat jedoch den Nachteil, dass dort im Wesentlichen lediglich ein kleiner Drehzahlbereich zur Verfügung steht, in welchem die Injektoren allerdings nur einen kleinen Teil ihrer üblichen Menge abgeben. In diesem Mengenbereich können sich gegebenenfalls Fehler, die sich vor allem bei hoher Einspritzmenge auswirken, nicht stark genug auswirken, um detektierbar zu sein. Aus der DE 10 2009 028 374 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Adaption und/oder Diagnose eines in einem Hybridfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors, welcher mindestens mit einer Sekundärmaschine eine Antriebseinheit bildet, zur Einstellung verschiedener Betriebszustände des Verbrennungsmotors durch die Sekundärmaschine ein positives oder ein negatives An- triebsmoment auf den Verbrennungsmotor aufgeschaltet wird und mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors in einem eingestellten Betriebspunkt bestimmt wird.

Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Einspritzmenge wenigstens eines Injektors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, die Belastung einer Brennkraftmaschi- ne mittels einer elektrischen Maschine, welche drehmomentübertragend mit der

Brennkraftmaschine gekoppelt ist, vorzugeben. Der von der elektrischen Maschine für eine bestimmte Verbrennerdrehzahl erzeugte Strom ist dann Maß für die tatsächlich umgesetzte Kraftstoffmenge. Besonders eignen sich hierzu elektrische Maschinen von Hybridantrieben, da diese üblicherweise relativ leistungs- stark sind und somit auch hohe Lastpunkte angefahren werden können. Jedoch können auch andere elektrische Maschinen, beispielsweise solche, welche für einen Rekuperationsbetrieb vorgesehen sind, oder solche von sog. 48V- Bordnetzen eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere die direkte Beurteilung der dem Motor zugeführten Energie durch eine Aus- wertung der Energiebilanz der elektrischen Maschine.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Überprüfung der Injektoren und insbesondere Lokalisierung eines defekten Injektors in der Werkstatt, indem der Lastpunkt der Brennkraftmaschine für eine feste Drehzahl zu höheren Lasten im Fahrzeugstillstand verschoben wird. Maßgeblich dafür ist das Vorhandensein einer elektrischen Maschine, die der Brennkraftmaschine Last aufschalten kann und ihr so ermöglicht, höhere Einspritzmengen zu nutzen, ohne dass die Brennkraftmaschine "überdreht wird" und eine zu hohe Drehzahl einstellt. Aus dem von der elektrischen Maschine erzeugten Strom kann dann auf die Einspritzmenge geschlossen werden.

Ebenso können dabei Steller, die die Energieabgabe der Brennkraftmaschine beeinflussen, wie z.B. Abgasrückführventil, Drosselklappe, Drallklappe, Stauklappe, Turbolader usw., überprüft werden. Beispielsweise muss ein Öffnen und Schließen des Abgasrückführventils zu einer Veränderung der Energieabgabe der Brennkraftmaschine und damit zu einer Veränderung des Stroms führen, die ausgewertet werden kann. Gleiches gilt für den Turbolader oder die anderen Steller. So können defekte (z.B. klemmende) Steller diagnostiziert werden.

Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge, insbesondere schon vor Beginn der Belastung, überprüft, ob bestimmte Freigabebedingungen erfüllt sind. Dazu gehört insbesondere die Prüfung eines Ladezustands einer von der elektrischen Maschine geladenen Batterie auf einen Maximal-Ladezustand. Die- se muss nämlich in der Lage sein, die von der elektrischen Maschine abgegeben

Energie aufzunehmen. Dazu gehört vorteilhafterweise auch das Prüfen einer elektrischen Funktionsfähigkeit der Komponenten der Brennkraftmaschine. Ist eine der Freigabebedingungen nicht erfüllt, wird die Belastung nicht freigegeben. Es kann vorgesehen sein, das Erfüllen der Freigabebedingung aktiv herbeizufüh- ren, z.B. durch Entladen der Batterie. Vorzugsweise wird die Belastung freigegeben, wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind.

Vorzugsweise werden vor dem Ermitteln der Einspritzmenge, insbesondere schon vor Beginn der Belastung, Funktionalitäten, die das Testergebnis beein- flussen können, gesperrt bzw. abgeschaltet. Dazu gehört z.B. eine Funktionalität zur Regeneration eines Partikelfilters oder Katalysators.

Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Dazu gehört das Vorgeben der vorbestimmten Drehzahl. Vorzugsweise gehört dazu auch das Vorgeben wenigstens eines Parameters ausgewählt aus einem Druck in einem Kraftstoffhoch- druckspeicher (Rail), einer Stellung eines Abgasrückführventils, einer Stellung einer Drosselklappe, einer definierten Stellung eines Turbolader-Aktors usw. Auf diese Weise wird ein vergleichbares Ergebnis erhalten.

Vorzugsweise wird vor dem Ermitteln der Einspritzmenge eine Mengengleichstellung bzw. Drehmomentgleichstellung der Injektoren durchgeführt, so dass jeder Injektor im Wesentlichen denselben Drehmomentbeitrag liefert. Beispielsweise werden in der DE 195 27 218 A1 oder der DE 2004 010 412 A1 Verfahren zur Zylindergleichstellung (auch "Laufruheregelung") offenbart, die auch unter dem Namen "Fuel Balance Control" (FBC) bekannt sind. Hierbei werden mit Hilfe von Sensoreinrichtungen die jeweils aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine er- fasst und der erfasste Verlauf der Drehzahl analysiert. Auf diese Weise können die Drehmomentschwankungen ermittelt werden, woraus auf Schwankungen der in die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoff massen rückgeschlossen werden kann. Unterschiede der eingespritzten Kraftstoffmassen können dann durch Korrektur der Soll-Einspritzmasse mit einem Massenkorrek- turwert ausgeregelt werden.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs oder ein Werkstatttester, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzanlage und einer Mehrzahl von Injektoren. Figur 2 zeigt in einem Ablaufplan eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 3 zeigt Verläufe der Drehzahl und Einspritzmenge der Brennkraftmaschine und des von der elektrischen Maschine erzeugten Stroms bei Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzumesssystem, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 kann beispielsweise ein Dieselmotor sein.

Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 12 auf, aus dem mittels eines Fördersystems 14 Kraftstoff in eine Kraftstoffhochdruckleitung 16 gefördert wird. Das Fördersystem 14 kann beispielsweise eine Hochdruckpumpe und eine Zumesseinheit aufweisen.

Die Kraftstoffhochdruckleitung 16 ist beispielsweise als Common-Rail ausgebildet. Die Kraftstoffhochdruckleitung 16 ist mit Injektoren 18 verbunden, die es ermöglichen, Kraftstoff direkt in den Injektoren 18 jeweils zugeordnete Brennräume von Zylindern 20 einzuspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 und insbesondere der Kraftstoffeinspritzanlage, die vorliegend das Fördersystem 14, die Kraftstoffhochdruckleitung 16 und die Injektoren 18 aufweist, wird von einer Recheneinheit, hier einem (Motor-)Steuergerät 22, gesteuert. Das Steuergerät 22 ermöglicht die Erfassung von Eingabewerten, z.B. der aktuellen Drehzahl, und die Bereitstellung von Ausgabewerten bzw. die Ansteuerung von Aktoren, insbesondere die Ansteuerung der Injektoren 18.

Mit einer Kurbelwelle 24 der Brennkraftmaschine 10 ist eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine 40, beispielsweise ein sog. Hybridantrieb, drehmomentübertragend, hier über einen Riementrieb 30, verbunden. Die elektrische Maschine 40 ist ebenfalls durch das Steuergerät 22 ansteuerbar. Die elektrische Maschine 40 ist über einen Stromrichter 41 mit einem eine Batterie 42 aufweisenden Bordnetz des Fahrzeugs verbunden.

Das Steuergerät 22 ist programmtechnisch dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben. Vorteilhafterweise wird so eine Methode erhalten, die Injektoren durch ein im Steuergerät o- der in einem Werkstatt-Tester mit entsprechenden Schnittstellen ins Steuergerät ablaufendes Programm zu diagnostizieren. Dabei zeigt Figur 2 ein Flussdia- gramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Figur 3 Verläufe der Drehzahl n und Einspritzmenge m der Brennkraftmaschine 10 und des von der elektrischen Maschine erzeugten Stroms I über die Zeit t bei Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In einem optionalen Schritt 401 wird zunächst überprüft, ob vorgesehene Freigabebedingungen erfüllt sind. Dazu gehört insbesondere die Überprüfung des Ladezustands der Batterie 42 dahingehend, dass die Batterie nicht vollständig geladen, sondern in der Lage ist, die während der Überprüfung erzeugte elektri- sehe Energie aufzunehmen.

Nur wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind, wird mit einem ebenfalls optionalen Schritt 402 fortgefahren, in welchem Funktionalitäten, die das Testergebnis beeinflussen können, wie insbesondere eine Regenerationsfunktionalität eines Partikelfilters oder eines Katalysators, gesperrt werden.

In einem Schritt 403 wird die Brennkraftmaschine in einen definierten Betriebszustand gebracht. Insbesondere wird dabei eine Soll-Drehzahl n vorgegeben, beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl oder eine gegenüber der Leerlaufdrehzahl er- höhte Drehzahl. Weiterhin kann das Bringen in einen definierten Betriebszustand das Vorgeben von Sollwerten für einen Druck im Hochdruckspeicher 16 sowie das Vorgeben von Sollwerten für weitere Komponenten der Brennkraftmaschine 10, wie insbesondere Abgasrückführventil, Drosselklappe, Turbolader-Aktoren usw. umfassen. Die aktuelle Einspritzmenge m wird zweckmäßigerweise gespeichert.

In einem Schritt 404 beginnt dann zu einem ersten Zeitpunkt to (siehe Figur 3) das eigentliche Überprüfen der Injektoren 18. Insbesondere wird dabei schrittweise oder (quasi-) kontinuierlich eine Last von der elektrischen Maschine 40 erhöht. Diese Last muss die Brennkraftmaschine 10 mehr leisten, um die Drehzahl n konstant zu halten. Dadurch steigt die Gesamt-Einspritzmenge m an. Vorzugsweise werden gleichzeitig die relativen Einspritzmengen der einzelnen Injektoren untereinander so angepasst, dass alle Injektoren den gleichen Momentenbeitrag liefern.

Das Antreiben der elektrischen Maschine 40 durch die Brennkraftmaschine 10 führt zu Stromerzeugung. Der erzeugte Strom kann gemessen und direkt ins Verhältnis zu dem erzeugten Motormoment durch die Einspritzung gesetzt werden. Insbesondere kann ein Ladestrom in die Batterie 42 gemessen werden.

Soll ein gewünschter Soll-Strom in die Batterie erhalten werden, kann in Schritt 405 iterativ die Einspritzmenge m angepasst werden, bis der Ist-Strom dem Soll- Strom, z.B. zum Zeitpunkt ti, entspricht. Auf diese Weise kann ein Unterschied der Einspritzmenge m zwischen "Ladestrom 0" und "Ladestrom X" bzw. ein Einspritzmengenverlauf von "Ladestrom 0" (to) bis "Ladestrom X" (ti) ermittelt werden. Zur Auswertung kann ein Vergleich insbesondere mit Referenzwerten stattfinden. Z.B. kann der Referenzwert eine Erhöhung des Ladestroms um 10A für eine Erhöhung der Einspritzmenge pro Arbeitsspiel um 10 mg beschreiben.

Wenn mehr oder weniger Einspritzmenge benötigt wird, ist die tatsächlich eingespritzte Gesamt-Einspritzmenge nicht korrekt. Gleichzeitig können durch die bereits beschriebene Drehmomentgleichstellung Relativkorrekturwerte der Ein- spritzmenge berechnet werden. Durch Kombination dieser beiden Korrekturverfahren kann die Information gewonnen werden, wie groß der absolute Individual- fehler jedes einzelnen Injektors ist. Somit können einzelne Injektoren als fehlerhaft diagnostiziert werden, wenn der benötigte Korrekturwert zu groß ist. Optional kann nun in einem Schritt 406 zu einem Zeitpunkt t.2 ein die Energieabgabe der Brennkraftmaschine 10 beeinflussender Steller überprüft werden. Dabei wird ein Einstellwert des Stellers, beispielsweise ein Öffnungsgrad eines Abgas- rückführventils, verändert, beispielsweise erhöht werden. Dies führt im genann- ten Beispiel zu einer Leistungsabnahme der Brennkraftmaschine 10, so dass bei gleichbleibender Einspritzmenge m nur mehr eine geringere elektrische Last zum Konstanthalten der Drehzahl n nötig ist. In der Folge sinkt der Strom I. Aus dem Ausmaß dieses Absinkens kann auf die Funktionsfähigkeit des Stellers geschlossen werden.

In einem Schritt 407 endet das Verfahren, z.B. auf Wunsch eines Servicetechnikers oder wenn wenigstens eine Freigabebedingung nicht weiter erfüllt sind (z.B. Batterie voll).