WO2021028364A1 - Verfahren zur diagnose einer injektorleckage bei einer brennkraftmaschine, brennkraftmaschine, sowie computerprogrammprodukt - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for diagnosing an injector leakage in an internal combustion engine, an internal combustion engine which is set up to carry out such a method, and a computer program product for carrying out such a method.
- Internal combustion engines of the type discussed here have at least one combustion chamber, typically a plurality of combustion chambers, with at least one injector being assigned to each combustion chamber in order to introduce fuel directly into the combustion chamber by means of the injector.
- injectors typically a plurality of combustion chambers
- several injectors in particular two injectors, can also be provided per combustion chamber.
- a possible source of error for the operation of such an internal combustion engine is the leakage of an injector, which means that the leaking injector does not close completely, as a result of which fuel is permanently introduced into the combustion chamber.
- a method for monitoring a fuel metering system is known from the German patent application DE 195 36 109 A1, in which a defect in the metering system is recognized when a signal from a temperature sensor and / or a pressure sensor deviates from a predeterminable value. It is assumed here that an injector leakage leads to an increased combustion chamber pressure and an increased combustion chamber temperature due to the additionally introduced fuel. However, this approach is unsafe, especially with small injector leakages, i.e. low fuel mass flows into the combustion chamber due to a low leak rate, such effects in the combustion chamber temperature and / or the combustion chamber pressure are marginal, whereby the occurring temperature curve and / or pressure curve cannot be reliably differentiated from a corresponding regular curve. Thus, especially with small leak rates, depending on the choice of a threshold value used for diagnosis, there is a risk of either false positive or false negative diagnosis results. The process is therefore not sufficiently selective.
- the invention is based on the object of creating a method for diagnosing an injector leakage in an internal combustion engine, an internal combustion engine and a computer program product, the disadvantages mentioned not occurring.
- the object is achieved in particular by creating a method for diagnosing an injector leakage in an internal combustion engine, in which at least one injector is activated in order to introduce a first amount of fuel, in particular fuel mass, into a combustion chamber of the internal combustion engine, the first amount of fuel being smaller than one
- the ignition quantity, in particular ignition mass, of the fuel required.
- At least one combustion chamber parameter is recorded after the injector has been activated for the combustion chamber, and the recorded combustion chamber parameter is used to determine whether there is an injector leak in the combustion chamber.
- the first amount of fuel introduced into the combustion chamber via the injector is by definition insufficient to form an ignitable mixture, so that no combustion takes place in the combustion chamber.
- the additional amount of fuel introduced via the leakage means that overall, with the first amount of fuel, there is enough fuel in the combustion chamber to form an ignitable mixture so that combustion takes place in the combustion chamber.
- precisely one injector is activated in order to introduce the first quantity of fuel into the combustion chamber.
- An ignitable mixture is understood here to mean, in particular, a combustion air-fuel mixture which contains a proportion - in particular in% by mass - of fuel that is above a lower explosion limit and below an upper explosion limit, so that the combustion air-fuel mixture with respect to its Composition in an explosive area.
- the ignition amount is understood to mean in particular an amount of fuel, in particular fuel mass, which, when introduced into the combustion chamber, generates a combustion air-fuel mixture whose fuel fraction is just at or just above the lower explosion limit. If the first fuel quantity is selected to be smaller than the ignition quantity, the combustion air-fuel mixture correspondingly formed in the combustion chamber has a fuel content below the lower explosion limit in the absence of an injector leak, so that it is not flammable.
- the first amount of fuel is preferably chosen so that it is from at least 80% to at most 99.9%, preferably to at most 99.5%, preferably to at most 99%, preferably to at most 98%, preferably to at most 95%, preferably to at most 92%, preferably up to at most 90%, preferably up to at most 85% or preferably at most 80% of the ignition amount, very particularly preferably the ignition amount that is determined so that it corresponds exactly to the lower explosion limit. The closer the first fuel quantity is chosen to the ignition quantity, the lower leakage rates can still be reliably detected as injector leakage.
- the method is carried out repeatedly, the first fuel quantity initially being selected to be lower and then gradually increased and the ignition quantity being approached. In this way it is advantageously possible to determine the leak rate or amount of leakage.
- a combustion chamber parameter is understood here to mean, in particular, a parameter which can be detected, in particular measured, in or on the combustion chamber, the combustion chamber parameter is characteristic of a combustion in the combustion chamber. This in turn means that it can be decided on the basis of the combustion chamber parameter whether or not combustion takes place in the combustion chamber.
- the recorded combustion chamber parameter On the basis of the recorded combustion chamber parameter, it is preferably determined whether there is an injector leakage in the combustion chamber, in particular of the at least one activated injector, or of another injector that is not the activated injector.
- the at least one combustion chamber parameter is selected from a group consisting of a combustion chamber pressure and a combustion chamber temperature. A combination of these parameters is also possible. Both the combustion chamber pressure and the combustion chamber temperature can be used to reliably determine whether combustion is taking place in the combustion chamber.
- combustion chamber parameter it is possible for the combustion chamber parameter to be recorded at precisely one point in time, in particular at a defined crankshaft angle or in a specific crankshaft angle range of a work cycle.
- a combustion chamber parameter curve is particularly preferably recorded as a function of time.
- a combustion chamber pressure curve is particularly preferably recorded as a function of time for the combustion chamber. The evaluation of such a time-dependent curve enables the decision to be made in a particularly reliable manner as to whether or not combustion has taken place in the combustion chamber, in particular in comparison to a single point detection.
- the at least one injector for introducing the first amount of fuel is activated in a compression stroke before top dead center of a piston that is displaceably arranged in the combustion chamber. This ensures that the first fuel quantity, if it is enriched by a leakage quantity, can still be ignited in the corresponding work cycle of the combustion chamber within the compression cycle or at the latest in a subsequent work cycle, in particular by compression ignition.
- At least one injector assigned to the combustion chamber in particular the at least one for introducing the first Fuel quantity controlled injector or another injector, for introducing a second fuel quantity, also referred to as the combustion quantity, of the fuel in a work cycle of the combustion chamber after top dead center of the piston arranged displaceably in the combustion chamber.
- the second amount of fuel is dimensioned in such a way that in each case, together with the first amount of fuel, the ignition amount is exceeded and an ignitable mixture is thus provided in the combustion chamber.
- This combustion quantity is introduced in the work cycle in particular at a point in time, that is to say preferably at a crankshaft angle, at which the fuel in the combustion chamber can still ignite, in particular by compression ignition.
- the introduction of the amount of combustion thus ensures that the first amount of fuel is burned in the combustion chamber even if there is no injector leakage and therefore no ignitable mixture is formed in the combustion chamber before the amount of combustion is introduced. This avoids emissions of unburned hydrocarbons, which would otherwise be feared from the emission of the unburned first quantity of fuel.
- the at least one combustion chamber parameter is preferably either only recorded between the introduction of the first amount of fuel and the introduction of the combustion amount, or it is recorded over a wider time or crankshaft angle window, with the combustion chamber parameter curve then being used to check the point in time or crankshaft angle at which combustion began . It is also possible that the position of the combustion chamber parameter curve characteristic of the combustion is evaluated on the time and / or crankshaft angle axis in order to determine whether the combustion has already taken place through the introduction of the first fuel quantity - then increased by a leakage quantity - or only after the introduction of the amount of combustion.
- the second amount of fuel is preferably always introduced, since it hardly seems possible, at least with the currently available computing devices, to make the decision as to whether the first amount of fuel has ignited sufficiently quickly to decide in good time in the same work cycle whether it is necessary to introduce the second amount of fuel requirement.
- precisely one injector is assigned to the combustion chamber.
- At least two injectors are assigned to the combustion chamber. It is particularly preferred that precisely two injectors are assigned to the combustion chamber. In the case of large engines in particular, this has the advantage that lower-cost, smaller injectors can be used, some of which are available in bulk from the passenger car or commercial vehicle sector.
- the at least two injectors are activated alternately in different work cycles of the internal combustion engine. It is therefore particularly possible to control a first injector of the at least two injectors in a first work cycle and not to control the second, the second injector of the at least two injectors being activated in a second, subsequent work cycle, but not the first injector. Active and inactive injectors can therefore alternate.
- the first fuel quantity it is possible for the first fuel quantity to be introduced jointly by the at least two injectors. The first amount of fuel is then divided between the injectors.
- the method is carried out iteratively for a plurality of combustion chambers of the internal combustion engine.
- the various combustion chambers can be checked one after the other for the presence of an injector leak.
- reliable operation of the internal combustion engine is guaranteed, even if there is no injector leakage and therefore no combustion takes place in the checked combustion chamber. If, on the other hand, all combustion chambers were checked at the same time and there were no injector leakages, no combustion would take place, so that the operation of the internal combustion engine would come to a standstill. If, on the other hand, combustion is ensured by introducing the second amount of fuel, i.e.
- the method can also be carried out in parallel for a plurality of combustion chambers, in particular also for all combustion chambers of the internal combustion engine, because combustion in the combustion chambers is ensured even without injector leakage. If the at least one combustion chamber has a plurality of injectors, the method is preferably carried out iteratively for the plurality of injectors in relation to this combustion chamber; the injectors are thus activated alternately, as already explained above.
- the method is carried out in a test run. This ensures regular operation of the internal combustion engine in continuous operation, particularly since the torque does not have to be reduced for the tested combustion chamber in continuous operation.
- the method in continuous operation of the internal combustion engine.
- a reduced torque occurs in certain areas for the combustion chamber being tested, but this may be acceptable, especially if one takes into account the gain in safety through reliable and prompt detection of an injector leakage.
- the method in continuous operation of the internal combustion engine, can be carried out periodically or at predetermined operating times, for example after a predetermined number of operating hours, depending on a load profile of the internal combustion engine, or as a function of the occasion, e.g. Pressure or temperature increase.
- the object is also achieved by creating an internal combustion engine which has at least one combustion chamber, with at least one injector for introducing fuel directly into the combustion chamber being assigned to the at least one combustion chamber.
- a parameter sensor for detecting at least one combustion chamber parameter for the combustion chamber is also assigned to the at least one combustion chamber.
- the internal combustion engine has a control unit which is operatively connected to the at least one injector for controlling it, the control unit also being operatively connected to the at least one parameter sensor for detecting the at least one combustion chamber parameter.
- the control device is set up to carry out the method according to the invention or a method according to one of the embodiments described above.
- the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating piston engine. It particularly preferably has a plurality of combustion chambers, in particular of identical design Combustion chambers, in particular four, six, eight, ten, twelve, fourteen, sixteen, eighteen or twenty combustion chambers. A smaller, larger or different number of combustion chambers is also possible. At least one injector is assigned to each combustion chamber. It is possible for a parameter sensor to be assigned to each combustion chamber. It is also possible, however, for a parameter sensor to be set up in order to record combustion chamber parameters for a plurality of combustion chambers.
- the internal combustion engine is preferably designed as a compression-ignition internal combustion engine, in particular as a diesel engine.
- the method can also be carried out for an externally ignited internal combustion engine, since ultimately the type of ignition of the fuel in the combustion chamber does not play a decisive role in the method.
- the invention also includes a computer program product having machine-readable instructions, on the basis of which the method according to the invention or a method according to one of the embodiments described above is carried out when the computer program product runs on a computing device, in particular on the control unit of an internal combustion engine.
- FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a combustion engine
- FIG. 2 shows a schematic representation of the mode of operation of a first embodiment of the method
- FIG. 3 shows a schematic representation of the mode of operation of a second embodiment of the method
- FIG. 4 shows a schematic representation of a third embodiment of the method in the form of a flow chart.
- FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1 with a combustion chamber 3 to which at least one injector, here two injectors, namely a first injector 5 and a second injector 7, are assigned in order to introduce fuel into the combustion chamber 3.
- a parameter sensor 9 is also assigned to combustion chamber 3 in order to detect at least one combustion chamber parameter for combustion chamber 3. It is possible for the parameter sensor 9 to be set up to detect a plurality of combustion chamber parameters. It is also possible that the combustion chamber 3 is assigned a plurality of parameter sensors 9 for detecting a plurality of, in particular, different combustion chamber parameters.
- the internal combustion engine 1 also has a control unit 11 which is operatively connected to the injectors 5, 7 and is set up to control the injectors 5, 7 in order to introduce fuel into the combustion chamber 3, the control unit 11 also being operatively connected to the parameter sensor 9 in order to to detect the combustion chamber parameter in control unit 11.
- the control unit 11 is set up to carry out a method according to the invention for diagnosing an injector leakage, in which case it controls at least one injector 5, 7 of the injectors 5, 7 as part of the method in order to introduce a first quantity of fuel, in particular fuel mass, into the combustion chamber 3, the The first amount of fuel is smaller than an ignition amount, in particular ignition mass, that is required to generate an ignitable mixture in the combustion chamber 3.
- the control unit 11 also records the at least one combustion chamber parameter for the combustion chamber 3 by means of the parameter sensor 9 after the at least one injector 5, 7 has been activated, and uses the recorded combustion chamber parameter to determine whether there is an injector leak in the combustion chamber.
- the first amount of fuel introduced into the combustion chamber 3 is in itself insufficient to trigger a combustion in the combustion chamber 3. If, on the other hand, one of the injectors 5, 7 leaks, the first fuel quantity together with the leakage quantity introduced by the leaking injector 5, 7 is sufficient to form an ignitable mixture in the combustion chamber, so that combustion takes place in the combustion chamber.
- the recorded combustion chamber parameter it is possible to determine whether - and preferably when - combustion took place and / or started in combustion chamber 3. To this In this way, it is possible to determine easily and with a very high degree of certainty whether at least one of the injectors 5, 7 has a leak.
- the first amount of fuel is preferably at least 80% to at most 99.9% of the ignition amount, preferably up to at most 99.5%, preferably up to at most 99%, preferably up to at most 98%, preferably up to at most 95%, preferably up to at most 92%, preferably up to at most 90%, preferably up to at most 85%, preferably at most 80%.
- the first amount of fuel can also be selected to be less than 80% of the ignition amount.
- the ignition quantity particularly preferably corresponds exactly to a lower explosion limit of the combustion air / fuel mixture in the combustion chamber 3.
- the parameter sensor 9 is preferably set up to detect a combustion chamber pressure in the combustion chamber 3 as a combustion chamber parameter.
- the parameter sensor 9 can be designed as a preferably indexed pressure sensor or as a knock sensor.
- the parameter sensor 9 is designed to detect a combustion chamber temperature in the combustion chamber 3, in particular as a temperature sensor. It is also possible that the combustion chamber 3 is assigned both a parameter sensor suitable for detecting the combustion chamber pressure and a further parameter sensor suitable for detecting the combustion chamber temperature.
- the control device 11 is preferably set up to record the combustion chamber parameter as a time-dependent combustion chamber parameter curve. This enables a particularly precise and reliable evaluation of the combustion chamber parameter with regard to the question of whether and when combustion takes place in the combustion chamber 3.
- the control device is preferably further designed to control at least one of the injectors 5, 7 for introducing the first fuel quantity in a compression stroke of the combustion chamber 3 before top dead center of a piston 13 displaceably arranged in the combustion chamber 3.
- the internal combustion engine 1 is preferably designed as a four-stroke engine, the top dead center of the piston 13 relevant here separating the compression stroke from an operating stroke, this top dead center also being referred to as ignition TDC.
- the control device is also set up to at least one injector 5, 7, selected from the first injector 5 and the second injector 7, for introducing a second Fuel quantity of the fuel as a combustion quantity in one work cycle after top dead center of piston 13, in particular after ignition TDC. It can thus be ensured that the first amount of fuel is burned before it is pushed out of the combustion chamber 3. In this way, emissions of unburned hydrocarbons are effectively avoided. Nonetheless, it can be determined in particular via a temporal evaluation of the at least one combustion chamber parameter whether the combustion in the combustion chamber 3 was already triggered by the first fuel quantity, or only by the introduction of the combustion quantity. This allows a reliable conclusion to the presence of an injector leak.
- the control unit 11 for diagnosing the injector leakage, the second injector 5, 7 not being activated. It is also possible for the injectors 5, 7 to be activated alternately in different work cycles of the internal combustion engine 1. Finally, it is also possible for the first quantity of fuel to be introduced into the combustion chamber 3 by the at least two injectors 5, 7 jointly, that is to say divided between the two injectors 5, 7.
- the method can therefore in particular be carried out iteratively for the two injectors 5, 7 in different work cycles.
- the method is particularly preferably also carried out iteratively for a plurality of combustion chambers 3 of the internal combustion engine 1.
- the method can be carried out in a test run of the internal combustion engine 1 specifically provided for diagnosing the injector leakage or, if necessary, also for other purposes.
- a computer program product which has machine-readable instructions on the basis of which the method is carried out when the computer program product runs on the control unit 11 preferably runs on the control device 11.
- the internal combustion engine 1 is preferably designed as a diesel engine, but it can also be designed as a spark-ignition internal combustion engine 1, preferably with direct injection.
- the injectors 5, 7 are supplied with fuel from a common high-pressure strip 15, a so-called rail.
- the high pressure in the high pressure bar 15 is generated by a high pressure pump 17, a return line 19 being provided in a manner known per se from the injectors 5, 7 to the high pressure pump 17.
- the high pressure in the high pressure rail 15 is regulated via a pressure regulating valve 21 which is arranged in a connecting line 23 which fluidically connects the high pressure rail 15 to the return line 19.
- the control device 11 preferably has a control module 25, which is operatively connected to the pressure control valve 21 to regulate the high pressure in the high pressure rail 15, and which controls an assigned output stage 29, 31 for each of the injectors 5, 7 depending on a power specification 27 , wherein a first output stage 29 is assigned to the first injector 5 and a second output stage 31 is assigned to the second injector 7.
- the pressure regulating valve is preferably also activated by the activation module 25 as a function of the output specification 27, the high pressure in the high-pressure bar 15 in particular being preset as a function of the output specification 27.
- FIG. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a method for diagnosing an injector leakage, which can in particular be carried out by the control unit 11 of the internal combustion engine 1 according to FIG. 1.
- a first curve K 1 plotted over time t represents without restricting the generality the control of the first injector 5 for introducing the first amount of fuel into the combustion chamber 3 of the internal combustion engine 1.
- a second curve K2 shows schematically the constant leakage rate other than 0 of the second injector 7 - without loss of generality.
- a third curve K3 shows schematically the development of the combustion chamber pressure in the combustion chamber 3, the change in pressure resulting from the compression and decompression due to the piston movement of the piston 13 in the combustion chamber 3 not being shown for the sake of simplicity.
- FIG. 2a now shows schematically the conditions that exist when the second injector 7 has a leak.
- the first amount of fuel introduced by the first injector 5 and the amount of leakage introduced by the second injector 7 add up to a total amount of fuel in the combustion chamber 3 that is greater than the ignition amount required to generate an ignitable mixture, so that a combustion in the combustion chamber 3 takes place, which is indicated here by the course of the third curve K3.
- the first amount of fuel is not burned if none of the injectors 5, 7 has a leak.
- the internal combustion engine 1 accordingly emits unburned fuel, in particular unburned hydrocarbons.
- FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the method in which this is prevented. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that in this respect reference is made to the preceding description.
- the situation is shown at a) in which the second injector 7 is leaking without loss of generality, with b) showing the situation in which none of the injectors 5, 7 has a leak.
- the second embodiment of the method differs from the first embodiment shown in FIG.
- a fourth curve K4 further activates the first injector 5 - without loss of generality - or alternatively also the second injector 7, or further alternatively both Injectors 5, 7, is shown in order to introduce a combustion quantity as a second fuel quantity of the fuel into the combustion chamber 3 in a working stroke after the top dead center of the piston 13.
- the amount of combustion is chosen so that it Together with the first amount of fuel, an ignitable mixture is definitely formed in the combustion chamber 3, so that the fuel introduced into the combustion chamber 3 is burned in the working cycle, regardless of whether one of the injectors 5, 7 has a leak or not.
- Whether one of the injectors 5, 7 has a leak can, however, easily be determined from the temporal position of the third curve K3. If, as shown in a), there is a leak, the combustion takes place by introducing the first amount of fuel into the combustion chamber, so the combustion begins before the amount of combustion is introduced. If, on the other hand, there is no leakage - as shown in b) - the combustion only takes place due to and in particular at a time during or after the introduction of the combustion quantity. In this case, too, it is easily possible to decide whether one of the injectors 5, 7 has a leak.
- FIG. 4 shows a schematic representation of a third embodiment of the method.
- the method starts in a first step S1.
- a second step S2 it is checked whether a diagnosis of an injector leak should be carried out at the current point in time. If this is not the case, a decision is made in a third step S3 that no diagnosis is being carried out, and the method jumps back to a branch point P, starting from which the method is again continued in the second step S2.
- the diagnosis of the injector leakage can in particular be carried out periodically, at predetermined operating hours of the internal combustion engine 1, depending on a load profile of the internal combustion engine 1, or when triggered, in particular in the event of conspicuous deviations of the combustion chamber parameter from predetermined, typical values or mean values, whereby in the second step S2 a corresponding, suitable decision algorithm is applied.
- a fourth step S4 the amount of fuel to be injected is reduced to the first amount of fuel, which is smaller than the ignition amount.
- a first injector of the at least two injectors 5, 7 is activated and the remaining injectors are deactivated.
- the first amount of fuel is introduced into the combustion chamber 3 by means of the activated injector, and in a seventh step S7 the at least one combustion chamber parameter is recorded, preferably time-dependent.
- the recorded combustion chamber parameter is then checked to determine whether there is an injector leak in the combustion chamber 3. If this is the case, a decision is made in a ninth step S9 that there is an injector leak. If this is not the case, a decision is made in a tenth step S10 that there is no injector leakage.
- step S 11 in which it is checked whether an injector counter i, which indicates the currently active injector, and whether the injectors 5,
- imax represents the number of injectors 5, 7 assigned overall to the combustion chamber 3. If this is not the case, the injector counter i is incremented in a twelfth step S12, a combustion chamber counter Z being held constant at the same time in order to continue the method for the currently selected combustion chamber 3. The method then jumps back to the branch point P and is now carried out for the next injector 5, 7 of the combustion chamber 3.
- the injector counter i is equal to the maximum value imax in the eleventh step Sil, all injectors of the combustion chamber 3 are checked, so that the combustion chamber counter Z is incremented in a thirteenth step S13 and the injector counter i is set to a starting value, here without restricting the generality to 0 .
- a fourteenth step S14 it is checked whether the combustion chamber counter Z is greater than a combustion chamber maximum value ZMax representing the number of combustion chambers 3 of the internal combustion engine 1. If this is not the case, the method jumps back to branch point P and the test is continued for the first injector of the next combustion chamber 3.
- both the injector counter i and the combustion chamber counter Z are reset to an initial value, here, for example, the injector counter i to the initial value 0 and the combustion chamber counter Z to the Initial value 1, whereby the method then jumps back to branch point P.
- the first injector 5, 7 of the first combustion chamber 3 to be tested is then started again.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine (1), wobei wenigstens ein Injektor (5, 7) angesteuert wird, um eine erste Brennstoffmenge in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einzubringen, wobei die erste Brennstoffmenge kleiner ist als eine zum Erzeugen eines zündfähigen Gemischs in dem Brennraum (3) nötige Zündmenge, wobei wenigstens ein Brennraumparameter für den Brennraum (3) nach dem Ansteuern des Injektors (5,7) erfasst wird, und wobei anhand des erfassten Brennraumparameters festgestellt wird, ob eine Injektorleckage in dem Brennraum (3) vorliegt.
Description
BESCHREIBUNG
Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine, sowie Computerprogrammprodukt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Brennkraftmaschinen der hier angesprochenen Art weisen wenigstens einen Brennraum, typischerweise eine Mehrzahl von Brennräumen auf, wobei jedem Brennraum zumindest ein Injektor zugeordnet ist, um Brennstoff mittels des Injektors direkt in den Brennraum einzubringen. Insbesondere bei Großmotoren können pro Brennraum auch mehrere Injektoren, insbesondere zwei Injektoren, vorgesehen sein. Eine mögliche Fehlerquelle für den Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine ist die Leckage eines Injektors, wobei dies bedeutet, dass der leckende Injektor nicht vollständig schließt, wodurch permanent Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird. Dies ist aus verschiedenen Gründen problematisch: Zum einen kann die dem Brennraum zugeführte Brennstoffmenge nicht mehr exakt bemessen werden, sodass weder ein angefordertes Drehmoment noch vorgegebene Emissionsziele definiert eingehalten werden können; zum anderen kann die Leckage zu einer Beschädigung bis hin zur Zerstörung der Brennkraftmaschine führen, insbesondere wenn leckagebedingt zu viel Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird oder Brennstoff unverbrannt aus dem Brennraum in den heißen Abgastrakt gelangt. Es besteht daher ein Bedarf, den entsprechenden Fehlerzustand der Injektorleckage sicher, einfach und kostengünstig zu detektieren.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 36 109 Al ist ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems bekannt, bei dem ein Defekt des Zumesssystems erkannt wird, wenn ein Signal eines Temperatursensors und/oder eines Drucksensors von einem vorgebbaren Wert abweicht. Hierbei wird angenommen, dass eine Injektorleckage aufgrund des zusätzlich eingebrachten Brennstoffs zu einem erhöhten Brennraumdruck und einer erhöhten Brennraumtemperatur führt. Diese Vorgehens weise ist allerdings unsicher, da insbesondere bei
kleinen Injektorleckagen, also geringen Brennstoffmassenströmen in den Brennraum aufgrund einer geringen Leckrate, solche Effekte in der Brennraumtemperatur und/oder dem Brennraumdruck marginal sind, wobei der auftretende Temperaturverlauf und/oder Druckverlauf nicht sicher von einem entsprechenden regulären Verlauf unterschieden werden kann. Somit besteht gerade bei kleinen Leckraten abhängig von der Wahl eines zur Diagnose verwendeten Schwellenwerts die Gefahr, entweder falsch positive oder falsch negative Diagnoseergebnisse zu erhalten. Das Verfahren ist also nicht hinreichend trennscharf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogrammprodukt zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei dem wenigstens ein Injektor angesteuert wird, um eine erste Brennstoffmenge, insbesondere Brennstoffmasse, in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen, wobei die erste Brennstoffmenge kleiner ist als eine zum Erzeugen eines zündfähigen Gemischs in dem Brennraum nötige Zündmenge, insbesondere Zündmasse, des Brennstoffs. Wenigstens ein Brennraumparameter wird nach dem Ansteuem des Injektors für den Brennraum erfasst, und es wird anhand des erfassten Brennraumparameters festgestellt, ob eine Injektorleckage in dem Brennraum vorliegt. Bei der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise kann sehr einfach, sicher und trennscharf sowie ohne kostenintensive zusätzliche Messtechnik entschieden werden, ob eine Injektorleckage - selbst bei kleiner Leckrate - vorliegt. Liegt nämlich keine Injektorleckage vor, so reicht die über den Injektor in den Brennraum eingebrachte erste Brennstoffmenge definitionsgemäß nicht aus, um ein zündfähiges Gemisch zu bilden, sodass keine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet. Liegt dagegen eine Injektorleckage vor, führt die zusätzlich über die Leckage eingebrachte Brennstoffmenge dazu, dass insgesamt, mit der ersten Brennstoffmenge, genügend Brennstoff in dem Brennraum vorliegt, um ein zündfähiges Gemisch zu bilden, sodass eine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet. Dabei kann anhand des Brennraumparameters ohne weiteres entschieden werden, ob in dem Brennraum eine Verbrennung stattgefunden hat oder nicht. Somit
ist mittels einer einfachen, quasi digitalen Entscheidung eine sichere, einfache und trennscharfe Diagnose einer Injektorleckage möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird genau ein Injektor angesteuert, um die erste Brennstoffmenge in den Brennraum einzubringen.
Unter einem zündfähigen Gemisch wird hier insbesondere ein Verbrennungsluft-Brennstoff- Gemisch verstanden, welches einen Anteil - insbesondere in Masse-% - an Brennstoff enthält, der oberhalb einer unteren Explosionsgrenze und unterhalb einer oberen Explosionsgrenze liegt, sodass das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch bezüglich seiner Zusammensetzung in einem explosionsfähigen Bereich liegt. Unter der Zündmenge wird entsprechend insbesondere eine Brennstoffmenge, insbesondere Brennstoffmasse, verstanden, bei deren Einbringung in den Brennraum dort ein Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch erzeugt wird, dessen Brennstoff- Anteil gerade auf oder knapp oberhalb der unteren Explosionsgrenze liegt. Wird somit die erste Brennstoffmenge kleiner gewählt als die Zündmenge, weist das entsprechend in dem Brennraum gebildete Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch bei Abwesenheit einer Injektorleckage einen Brennstoffanteil unterhalb der unteren Explosionsgrenze auf, sodass es nicht entflammbar ist.
Bevorzugt wird die erste Brennstoffmenge so gewählt, dass sie von mindestens 80 % bis höchstens 99,9 %, vorzugsweise bis höchstens 99,5 %, vorzugsweise bis höchstens 99 %, vorzugsweise bis höchstens 98 %, vorzugsweise bis höchstens 95 %, vorzugsweise bis höchstens 92 %, vorzugsweise bis höchstens 90 %, vorzugsweise bis höchstens 85 % oder bevorzugt zu höchstens 80 % der Zündmenge, ganz besonders bevorzugt der Zündmenge, die so bestimmt ist, dass sie genau der unteren Explosionsgrenze entspricht, gewählt. Je näher die erste Brennstoffmenge an der Zündmenge gewählt wird, desto geringere Leckageraten können noch sicher als Injektorleckage erfasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren wiederholt durchgeführt, wobei die erste Brennstoffmenge zunächst geringer gewählt und dann schrittweise erhöht und der Zündmenge angenähert wird. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Leckagerate oder Leckagemenge zu bestimmen.
Unter einem Brennraumparameter wird hier insbesondere ein Parameter verstanden, der in oder an dem Brennraum erfassbar, insbesondere messbar ist, wobei der Brennraumparameter
charakteristisch ist für eine Verbrennung in dem Brennraum. Dies bedeutet wiederum, dass anhand des Brennraumparameters entschieden werden kann, ob in dem Brennraum eine Verbrennung stattfindet oder nicht.
Anhand des erfassten Brennraumparameters wird bevorzugt festgestellt, ob in dem Brennraum eine Injektorleckage vorliegt, insbesondere des wenigstens einen, angesteuerten Injektors, oder aber eines anderen Injektors, der nicht der angesteuerte Injektor ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Brennraumparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Brennraumdruck und einer Brennraumtemperatur. Auch eine Kombination dieser Parameter ist möglich. Sowohl anhand des Brennraumdrucks als auch anhand der Brennraumtemperatur kann sicher festgestellt werden, ob in dem Brennraum eine Verbrennung stattfindet.
Es ist möglich, dass der Brennraumparameter zu genau einem Zeitpunkt, insbesondere zu einem definierten Kurbelwellenwinkel oder in einem bestimmten Kurbelwellenwinkelbereich eines Arbeitsspiels erfasst wird.
Besonders bevorzug wird allerdings ein Brennraumparameterverlauf zeitabhängig erfasst. Besonders bevorzugt wird ein Brennraumdruckverlauf zeitabhängig für den Brennraum erfasst. Die Auswertung eines solchen zeitabhängigen Verlaufs ermöglicht in besonders sicherer Weise die Entscheidung, ob in dem Brennraum eine Verbrennung stattgefunden hat oder nicht, insbesondere im Vergleich zu einer Einzelpunkterfassung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Injektor zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in einem Kompressionstakt vor einem oberen Totpunkt eines in dem Brennraum verlagerbar angeordneten Kolbens angesteuert wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste Brennstoffmenge, wenn sie durch eine Leckagemenge angereichert ist, in dem entsprechenden Arbeitsspiel des Brennraums noch innerhalb des Kompressionstakts oder spätestens in einem nachfolgenden Arbeitstakt entflammt werden kann, insbesondere durch Kompressionszündung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein dem Brennraum zugeordneter Injektor, insbesondere der wenigstens eine zum Einbringen der ersten
Brennstoffmenge angesteuerte Injektor oder ein anderer Injektor, zum Einbringen einer auch als Verbrennungsmenge bezeichneten zweiten Brennstoffmenge des Brennstoffs in einem Arbeitstakt des Brennraums nach dem oberen Totpunkt des in dem Brennraum verlagerbar angeordneten Kolbens angesteuert wird. Die zweite Brennstoffmenge ist dabei so bemessen, dass in jedem Fall zusammen mit der ersten Brennstoffmenge die Zündmenge überschritten und so ein zündfähiges Gemisch in dem Brennraum bereitgestellt wird. Dabei erfolgt das Einbringen dieser Verbrennungsmenge in dem Arbeitstakt insbesondere zu einem Zeitpunkt, das heißt vorzugsweise zu einem Kurbelwellenwinkel, bei dem noch eine Entflammung des Brennstoffs in dem Brennraum, insbesondere durch Kompressionszündung, möglich ist. Das Einbringen der Verbrennungsmenge stellt somit sicher, dass die erste Brennstoffmenge in dem Brennraum verbrannt wird, auch wenn keine Injektorleckage vorliegt und daher vor dem Einbringen der Verbrennungsmenge kein zündfähiges Gemisch in dem Brennraum gebildet wird. Dies vermeidet Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe, die sonst durch Ausstößen der unverbrannten ersten Brennstoffmenge zu befürchten wären.
Der wenigstens eine Brennraumparameter wird bevorzugt entweder lediglich zwischen dem Einbringen der ersten Brennstoffmenge und dem Einbringen der Verbrennungsmenge erfasst, oder er wird über ein breiteres Zeit- oder Kurbelwellenwinkelfenster erfasst, wobei dann anhand des Brennraumparameterverlaufs geprüft wird, zu welchem Zeitpunkt oder Kurbelwellenwinkel die Verbrennung eingesetzt hat. Es ist auch möglich, dass die Lage des für die Verbrennung charakteristischen Brennraumparameterverlaufs auf der Zeit- und/oder Kurbelwellenwinkelachse ausgewertet wird um festzustellen, ob die Verbrennung bereits durch das Einbringen der ersten Brennstoffmenge - dann vermehrt um eine Leckagemenge - stattgefunden hat, oder erst nach dem Einbringen der Verbrennungsmenge. Auch auf diese Weise kann jedenfalls sicher entschieden werden, ob bereits die erste Brennstoffmenge genügt hat, um eine Verbrennung auszulösen, was wiederum auf eine Injektorleckage schließen lässt, oder ob es vielmehr des Einbringens der zweiten Brennstoffmenge, also der Verbrennungsmenge bedurfte, um die Verbrennung auszulösen, was dann auf die Abwesenheit einer Injektorleckage schließen lässt.
Bevorzugt wird die zweite Brennstoffmenge stets eingebracht, da es zumindest mit derzeit vorhandenen Recheneinrichtungen kaum möglich erscheint, die Entscheidung, ob die erste Brennstoffmenge entflammt wurde, hinreichend schnell zu treffen, um noch im selben Arbeitsspiel rechtzeitig zu entscheiden, ob es des Einbringens der zweiten Brennstoffmenge bedarf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist dem Brennraum genau ein Injektor zugeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Brennraum wenigstens zwei Injektoren zugeordnet sind. Besonders bevorzugt sind dem Brennraum genau zwei Injektoren zugeordnet. Dies hat insbesondere bei Großmotoren den Vorteil, dass auf kostengünstigere, kleinere Injektoren zurückgegriffen werden kann, die teilweise als Massengut aus dem Pkw- oder Nutzfahrzeugbereich verfügbar sind.
Vorzugsweise wird nur ein Injektor der wenigstens zwei Injektoren zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in den Brennraum angesteuert, wobei der zweite Injektor der wenigstens zwei Injektoren nicht angesteuert wird.
Alternativ oder zusätzlich werden die wenigstens zwei Injektoren in verschiedenen Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine alternierend angesteuert. Es ist also insbesondere möglich, in einem ersten Arbeitsspiel einen ersten Injektor der wenigstens zwei Injektoren anzusteuern, und den zweiten nicht anzusteuem, wobei in einem zweiten, nachfolgenden Arbeitsspiel der zweite Injektor der wenigstens zwei Injektoren angesteuert wird, dafür jedoch der erste Injektor nicht. Es können sich also aktive und inaktive Injektoren abwechseln.
Alternativ ist es möglich, dass die erste Brennstoffmenge durch die wenigstens zwei Injektoren gemeinsam eingebracht wird. Die erste Brennstoffmenge wird dann aufgeteilt auf die Injektoren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren iterativ für eine Mehrzahl von Brennräumen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Auf diese Weise können die verschiedenen Brennräume nacheinander auf das Vorliegen einer Injektorleckage überprüft werden. Zugleich wird ein sicherer Lauf der Brennkraftmaschine gewährleistet, auch wenn keine Injektorleckage vorliegt und somit keine Verbrennung in dem überprüften Brennraum stattfindet. Würden dagegen alle Brennräume zugleich geprüft, und würde keine Injektorleckage vorliegen, fände keine Verbrennung statt, sodass der Betrieb der Brennkraftmaschine Stillstehen würde. Wird andererseits jedoch eine Verbrennung durch Einbringen der zweiten Brennstoffmenge, also der Verbrennungsmenge, sichergestellt, kann das Verfahren auch parallel für eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere auch für alle Brennräume der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, weil eine Verbrennung in den Brennräumen auch ohne Injektorleckage sichergestellt ist.
Weist der wenigstens eine Brennraum eine Mehrzahl von Injektoren auf, wird das Verfahren bezogen auf diesen Brennraum bevorzugt iterativ für die Mehrzahl von Injektoren durchgeführt, die Injektoren werden also alternierend angesteuert, wie zuvor bereits erläutert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem Testlauf durchgeführt wird. Dies gewährleistet einen regulären Betrieb der Brennkraftmaschine im Dauerbetrieb, insbesondere da im Dauerbetrieb das Drehmoment nicht für den getesteten Brennraum reduziert werden muss.
Alternativ ist es aber auch möglich, das Verfahren im Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine durchzuführen. Dabei tritt zwar bereichsweise ein reduziertes Drehmoment für den jeweils getesteten Brennraum auf, was aber gegebenenfalls hinnehmbar ist, insbesondere wenn man den Sicherheitsgewinn durch eine sichere und zeitnahe Detektion einer Injektorleckage in Betracht zieht. So kann das Verfahren im Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine insbesondere periodisch oder zu vorbestimmten Betriebszeiten, beispielsweise nach einer vorbestimmten Anzahl von Betriebsstunden, abhängig von einem Lastprofil der Brennkraftmaschine, oder anlassabhängig, beispielsweise ausgelöst durch Feststellen einer Anomalie des auch im Dauerbetrieb bevorzugt regelmäßig erfassten Brennraumparameters, beispielsweise einer Druck- oder Temperaturüberhöhung, durchgeführt werden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die wenigstens einen Brennraum aufweist, wobei dem wenigstens einen Brennraum wenigstens ein Injektor zur Einbringung von Brennstoff direkt in den Brennraum zugeordnet ist. Dem wenigstens einen Brennraum ist weiterhin ein Parametersensor zur Erfassung von wenigstens einem Brennraumparameter für den Brennraum zugeordnet. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine ein Steuergerät auf, das mit dem wenigstens einen Injektor zu dessen Ansteuerung wirkverbunden ist, wobei das Steuergerät außerdem mit dem wenigstens einen Parametersensor zur Erfassung des wenigstens einen Brennraumparameters wirkverbunden ist. Das Steuergerät ist dabei eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Besonders bevorzugt weist sie eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere von identisch ausgebildeten
Brennräumen, auf, insbesondere vier, sechs, acht, zehn, zwölf, vierzehn, sechzehn, achtzehn oder zwanzig Brennräume. Auch eine kleinere, größere oder andere Anzahl von Brennräumen ist möglich. Jedem Brennraum ist dabei wenigstens ein Injektor zugeordnet. Es ist möglich, dass jedem Brennraum ein Parametersensor zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass ein Parametersensor eingerichtet ist, um Brennraumparameter für eine Mehrzahl von Brennräumen zu erfassen.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als kompressionsgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere als Dieselmotor, ausgebildet. Das Verfahren ist aber auch durchführbar für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, da letztlich die Art der Entflammung des Brennstoffs in dem Brennraum für das Verfahren keine entscheidende Rolle spielt.
Zur Erfindung gehört schließlich auch ein Computerprogrammprodukt, aufweisend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer das erfindungsgemäße Verfahren oder ein Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinrichtung, insbesondere auf dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, abläuft.
In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine und dem Computerprogrammprodukt ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer B rennkr aftmas chine ;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer ersten Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 3 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Brennraum 3, dem wenigstens ein Injektor, hier zwei Injektoren, nämlich ein erster Injektor 5 und ein zweiter Injektor 7, zugeordnet sind, um Brennstoff in den Brennraum 3 einzubringen. Dem Brennraum 3 ist außerdem ein Parametersensor 9 zugeordnet, um wenigstens einen Brennraumparameter für den Brennraum 3 zu erfassen. Es ist möglich, dass der Parametersensor 9 eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Brennraumparametern zu erfassen. Es ist auch möglich, dass dem Brennraum 3 eine Mehrzahl von Parametersensoren 9 zur Erfassung einer Mehrzahl insbesondere verschiedener Brennraumparameter zugeordnet ist.
Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem ein Steuergerät 11 auf, das mit den Injektoren 5, 7 wirkverbunden und eingerichtet ist zur Ansteuerung der Injektoren 5, 7, um Brennstoff in den Brennraum 3 einzubringen, wobei das Steuergerät 11 weiterhin mit dem Parametersensor 9 wirkverbunden ist, um den Brennraumparameter in dem Steuergerät 11 zu erfassen. Das Steuergerät 11 ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Diagnose einer Injektorleckage, wobei es im Rahmen des Verfahrens wenigstens einen Injektor 5, 7 der Injektoren 5, 7 ansteuert, um eine erste Brennstoffmenge, insbesondere Brennstoffmasse, in den Brennraum 3 einzubringen, wobei die erste Brennstoffmenge kleiner ist als eine zum Erzeugen eines zündfähigen Gemischs in dem Brennraum 3 nötige Zündmenge, insbesondere Zündmasse. Das Steuergerät 11 erfasst außerdem den wenigstens einen Brennraumparameter für den Brennraum 3 mittels des Parametersensors 9 nach dem Ansteuem des wenigstens einen Injektors 5, 7, und stellt anhand des erfassten Brennraumparameters fest, ob eine Injektorleckage in dem Brennraum vorliegt.
Wenn keiner der beiden Injektoren 5, 7 leckt, reicht die in den Brennraum 3 eingebrachte erste Brennstoffmenge für sich genommen nicht aus, um eine Verbrennung in dem Brennraum 3 auszulösen. Leckt dagegen einer der Injektoren 5, 7, reicht die erste Brennstoffmenge zusammen mit der durch den leckenden Injektor 5, 7 eingebrachten Leckagemenge aus, um ein zündfähiges Gemisch in dem Brennraum zu bilden, sodass eine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet. Anhand des erfassten Brennraumparameters ist es möglich festzustellen, ob - und vorzugsweise wann - eine Verbrennung in dem Brennraum 3 stattgefunden und/oder begonnen hat. Auf diese
Weise ist es einfach und mit sehr hoher Sicherheit möglich festzustellen, ob wenigstens einer der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist.
Bevorzugt beträgt die erste Brennstoffmenge von mindestens 80 % bis höchstens 99,9 % der Zündmenge, vorzugsweise bis höchstens 99,5 %, vorzugsweise bis höchstens 99 %, vorzugsweise bis höchstens 98 %, vorzugsweise bis höchstens 95 %, vorzugsweise bis höchstens 92 %, vorzugsweise bis höchstens 90 %, vorzugsweise bis höchstens 85 %, vorzugsweise höchstens 80 %. Die erste Brennstoffmenge kann auch kleiner gewählt werden als 80 % der Zündmenge. Besonders bevorzugt entspricht die Zündmenge genau einer unteren Explosionsgrenze des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs in dem Brennraum 3.
Der Parametersensor 9 ist bevorzugt eingerichtet, um als Brennraumparameter einen Brennraumdruck in dem Brennraum 3 zu erfassen. Insbesondere kann der Parametersensor 9 als bevorzugt indizierter Drucksensor oder als Klopfsensor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist der Parametersensor 9 ausgebildet, um eine Brennraumtemperatur in dem Brennraum 3 zu erfassen, insbesondere als Temperatursensor. Es ist auch möglich, dass dem Brennraum 3 sowohl ein zur Erfassung des Brennraumdrucks geeigneter Parametersensor als auch ein weiterer, zur Erfassung der Brennraumtemperatur geeigneter Parametersensor zugeordnet sind.
Das Steuergerät 11 ist bevorzugt eingerichtet, um den Brennraumparameter zeitabhängig als Brennraumparameterverlauf zu erfassen. Dies ermöglicht eine besonders genaue und sichere Auswertung des Brennraumparameters in Hinblick auf die Frage, ob und wann eine Verbrennung in dem Brennraum 3 stattfindet.
Das Steuergerät ist bevorzugt weiterhin eingerichtet, um wenigstens einen der Injektoren 5, 7 zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in einem Kompressionstakt des Brennraums 3 vor einem oberen Totpunkt eines in dem Brennraum 3 verlagerbar angeordneten Kolbens 13 anzusteuern. Die Brennkraftmaschine 1 ist insoweit bevorzugt als Viertaktmotor ausgebildet, wobei der hier relevante obere Totpunkt des Kolbens 13 den Kompressionstakt von einem Arbeitstakt trennt, wobei dieser obere Totpunkt auch als Zünd-OT bezeichnet wird.
Das Steuergerät ist außerdem eingerichtet, um wenigstens einen Injektor 5, 7, ausgewählt aus dem ersten Injektor 5 und dem zweiten Injektor 7, zum Einbringen einer zweiten
Brennstoffmenge des Brennstoffs als Verbrennungsmenge in einem Arbeitstakt nach dem oberen Totpunkt des Kolbens 13, insbesondere nach dem Zünd-OT, anzusteuem. Somit kann sichergestellt werden, dass die erste Brennstoffmenge vor einem Ausschieben aus dem Brennraum 3 verbrannt wird. Auf diese Weise werden Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe wirksam vermieden. Gleichwohl kann insbesondere über eine zeitliche Auswertung des wenigstens einen Brennraumparameters festgestellt werden, ob die Verbrennung in dem Brennraum 3 bereits durch die erste Brennstoffmenge ausgelöst wurde, oder erst durch das Einbringen der Verbrennungsmenge. Dies erlaubt ein sicheres Schließen auf das Vorliegen einer Injektorleckage.
Es ist möglich, dass durch das Steuergerät 11 zur Diagnose der Injektorleckage nur ein Injektor der wenigstens zwei Injektoren 5, 7 angesteuert wird, wobei der zweite Injektor 5, 7 nicht angesteuert wird. Es ist auch möglich, dass die Injektoren 5, 7 in verschiedenen Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine 1 alternierend angesteuert werden. Schließlich ist es auch möglich, dass die erste Brennstoffmenge durch die wenigstens zwei Injektoren 5, 7 gemeinsam, das heißt aufgeteilt auf die beiden Injektoren 5, 7, in den Brennraum 3 eingebracht wird.
Das Verfahren kann also insbesondere iterativ für die beiden Injektoren 5, 7 in verschiedenen Arbeitsspielen durchgeführt werden. Besonders bevorzugt wird das Verfahren auch iterativ für eine Mehrzahl von Brennräumen 3 der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt.
Das Verfahren kann in einem eigens zur Diagnose der Injektorleckage oder gegebenenfalls zusätzlich auch für andere Zwecke vorgesehenen Testlauf der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, dass das Verfahren im Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine 1, vorzugsweise periodisch oder zu vorbestimmten Zeiten, abhängig von einem Lastprofil der Brennkraftmaschine 1 oder anlassabhängig, beispielsweise ausgelöst durch Feststellen einer Anomalie des auch im Dauerbetrieb bevorzugt regelmäßig erfassten Brennraumparameters, beispielsweise einer Druck- oder Temperaturüberhöhung, durchgeführt wird.
Auf dem Steuergerät 11 läuft bevorzugt ein Computerprogrammprodukt, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer das Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät 11 läuft.
Die Brennkraftmaschine 1 ist bevorzugt als Dieselmotor ausgebildet, sie kann aber auch als fremdgezündete Brennkraftmaschine 1, vorzugsweise mit Direkteinspritzung, ausgebildet sein.
Die Injektoren 5, 7 werden hier aus einer gemeinsamen Hochdruckleiste 15, einem sogenannten Rail, mit Brennstoff versorgt. Der Hochdruck in der Hochdruckleiste 15 wird durch eine Hochdruckpumpe 17 erzeugt, wobei eine Rücklaufleitung 19 in für sich genommen bekannter Weise von den Injektoren 5, 7 zu der Hochdruckpumpe 17 vorgesehen ist. Der Hochdruck in der Hochdruckleiste 15 wird über ein Druckregelventil 21 geregelt, das in einer Verbindungsleitung 23 angeordnet ist, welche die Hochdruckleiste 15 mit der Rücklaufleitung 19 strömungstechnisch verbindet.
Das Steuergerät 11 weist bevorzugt ein Ansteuermodul 25 auf, das zum einen mit dem Druckregelventil 21 zur Regelung des Hochdrucks in der Hochdruckleiste 15 wirkverbunden ist, und zum anderen abhängig von einer Leistungsvorgabe 27 für jeden der Injektoren 5, 7 eine zugeordnete Endstufe 29, 31 ansteuert, wobei eine erste Endstufe 29 dem ersten Injektor 5 und eine zweite Endstufe 31 dem zweiten Injektor 7 zugeordnet ist. Vorzugsweise wird auch das Druckregelventil durch das Ansteuermodul 25 in Abhängigkeit von der Leistungsvorgabe 27 angesteuert, wobei insbesondere der Hochdruck in der Hochdruckleiste 15 abhängig von der Leistungsvorgabe 27 vorgegeben wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Diagnose einer Injektorleckage, das insbesondere durchgeführt werden kann durch das Steuergerät 11 der Brennkraftmaschine 1 gemäß Figur 1. Dabei stellt hier eine erste, über der Zeit t aufgetragene Kurve Kl ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Ansteuerung des ersten Injektors 5 zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in den Brennraum 3 der Brennkraftmaschine 1 dar. Eine zweite Kurve K2 zeigt schematisch die konstante, von 0 verschiedene Leckagerate des - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - zweiten Injektors 7. Eine dritte Kurve K3 zeigt schematisch die Entwicklung des Brennraumdrucks in dem Brennraum 3, wobei der Einfachheit wegen die Druckänderung, die sich durch die Kompression und Dekompression aufgrund der Kolbenbewegung des Kolbens 13 in dem Brennraum 3 ergibt, nicht dargestellt ist. Vielmehr ist schematisch ausschließlich die Druckentwicklung dargestellt, die sich aufgrund einer Verbrennung in dem Brennraum 3 ergibt.
Figur 2a) zeigt nun schematisch die Verhältnisse, die vorliegen, wenn der zweite Injektor 7 eine Leckage aufweist. In diesem Fall addieren sich die durch den ersten Injektor 5 eingebrachte erste Brennstoffmenge und die durch den zweiten Injektor 7 eingebrachte Leckagemenge zu einer Gesamt-Brennstoffmenge in dem Brennraum 3, die größer ist als die zum Erzeugen eines zündfähigen Gemischs nötige Zündmenge, sodass eine Verbrennung in dem Brennraum 3 stattfindet, was hier durch den Verlauf der dritten Kurve K3 angezeigt wird.
Bei Figur 2b) liegt demgegenüber keine Leckage - weder des ersten Injektors 5 noch des zweiten Injektors 7 - vor, sodass die zweite Kurve K2 durch den Ursprung des Diagramms verläuft. Demgemäß reicht die erste Brennstoffmenge nicht aus, um eine Verbrennung in dem Brennraum 3 hervorzurufen, sodass auch keine Druckerhöhung resultiert. Demgemäß verläuft auch die dritte Kurve K3 auf der Abszisse. Anhand der Figuren 2a) und 2b) wird somit deutlich, dass anhand des Brennraumdrucks feststellbar ist, ob eine Verbrennung in dem Brennraum stattfindet, und demgemäß auch, ob einer der Injektoren 5, 7 leckt. Analog kann dies alternativ oder zusätzlich auch anhand der Brennraumtemperatur, insbesondere eines Brennraumtemperaturverlaufs festgestellt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Brennstoffmenge nicht verbrannt, wenn keiner der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist. Dementsprechend stößt die Brennkraftmaschine 1 in diesem Fall unverbrannten Brennstoff, insbesondere unverbrannte Kohlenwasserstoffe, aus.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher dies verhindert wird. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist auch hier bei a) die Situation dargestellt, in welcher ohne Beschränkung der Allgemeinheit der zweite Injektor 7 leckt, wobei bei b) die Situation dargestellt ist, in welcher keiner der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist. Die zweite Ausführungsform des Verfahrens unterscheidet sich von der in der Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass hier durch eine vierte Kurve K4 eine weitere Ansteuerung des ersten Injektors 5 - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - oder alternativ auch des zweiten Injektors 7, oder weiter alternativ beider Injektoren 5, 7, dargestellt ist, um eine Verbrennungsmenge als zweite Brennstoffmenge des Brennstoffs in einem Arbeitstakt nach dem oberen Totpunkt des Kolbens 13 in den Brennraum 3 einzubringen. Die Verbrennungsmenge ist dabei so gewählt, dass sie
zusammen mit der ersten Brennstoffmenge auf jeden Fall ein zündfähiges Gemisch in dem Brennraum 3 bildet, sodass der in den Brennraum 3 eingebrachte Brennstoff in dem Arbeitstakt verbrannt wird, unabhängig davon, ob einer der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist oder nicht.
Ob einer der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist, kann allerdings durch die zeitliche Lage der dritten Kurve K3 ohne weiteres festgestellt werden. Ist nämlich - wie bei a) dargestellt - eine Leckage vorhanden, findet die Verbrennung bereits durch Einbringen der ersten Brennstoffmenge in den Brennraum statt, die Verbrennung beginnt also vor dem Einbringen der Verbrennungsmenge. Liegt dagegen keine Leckage vor - wie bei b) dargestellt - findet die Verbrennung erst aufgrund und insbesondere zeitlich bei oder nach dem Einbringen der Verbrennungsmenge statt. Es ist also auch in diesem Fall ohne weiteres möglich zu entscheiden, ob einer der Injektoren 5, 7 eine Leckage aufweist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren startet in einem ersten Schritt Sl. In einem zweiten Schritt S2 wird geprüft, ob zum momentanen Zeitpunkt eine Diagnose einer Injektorleckage durchgeführt werden soll. Ist dies nicht der Fall, wird in einem dritten Schritt S3 entschieden, dass keine Diagnose durchgeführt wird, und das Verfahren springt zurück zu einem Verzweigungspunkt P, ausgehend von dem das Verfahren wiederum in dem zweiten Schritt S2 fortgesetzt wird.
Die Diagnose der Injektorleckage kann insbesondere periodisch, zu vorbestimmten Betriebs stunden der Brennkraftmaschine 1, abhängig von einem Lastprofil der Brennkraftmaschine 1, oder anlassgesteuert, insbesondere bei auffälligen Abweichungen des Brennraumparameters von vorherbestimmten, typischen Werten oder Mittelwerten, durchgeführt werden, wobei in dem zweiten Schritt S2 ein entsprechender, geeigneter Entscheidung salgorithmus angewendet wird.
Wird in dem zweiten Schritt S2 entschieden, dass die Diagnose der Injektorleckage durchgeführt werden soll, wird in einem vierten Schritt S4 die einzu spritzende Brennstoffmenge reduziert auf die erste Brennstoffmenge, die kleiner ist als die Zündmenge. In einem fünften Schritt S5 wird ein erster Injektor der wenigstens zwei Injektoren 5, 7 aktiviert, und die übrigen Injektoren werden deaktiviert. In einem sechsten Schritt S6 wird die erste Brennstoffmenge mittels des aktivierten Injektors in den Brennraum 3 eingebracht, und in einem siebten Schritt S7 erfolgt eine - vorzugsweise zeitabhängige - Erfassung des wenigstens einen Brennraumparameters.
In einem achten Schritt S8 wird nun der erfasste Brennraumparameter daraufhin geprüft, ob eine Injektorleckage in dem Brennraum 3 vorliegt. Ist dies der Fall, wird in einem neunten Schritt S9 entschieden, dass eine Injektorleckage vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird in einem zehnten Schritt S10 entschieden, dass keine Injektorleckage vorliegt.
Das Verfahren wird dann fortgesetzt in einem elften Schritt S 11, in dem überprüft wird, ob ein Injektorzähler i, der den gerade aktiven Injektor anzeigt und über die vorhandenen Injektoren 5,
7 des im momentanen Durchlauf getesteten Brennraums 3 läuft, einen Maximalwert imax, der die Anzahl der dem Brennraum 3 insgesamt zugeordneten Injektoren 5, 7 repräsentiert, erreicht hat. Ist dies nicht der Fall, wird der Injektorzähler i in einem zwölften Schritt S12 inkrementiert, wobei zugleich ein Brennraumzähler Z konstant gehalten wird, um das Verfahren für den momentan ausgewählten Brennraum 3 fortzusetzen. Das Verfahren springt dann zurück zu dem Verzweigungspunkt P und wird nun für den nächsten Injektor 5, 7 des Brennraums 3 durchgeführt.
Ist in dem elften Schritt Sil der Injektorzähler i gleich dem Maximalwert imax, sind alle Injektoren des Brennraums 3 geprüft, sodass in einem dreizehnten Schritt S13 der Brennraumzähler Z inkrementiert und der Injektorzähler i auf einen Startwert, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf 0, gesetzt wird. In einem vierzehnten Schritt S14 wird geprüft, ob der Brennraumzähler Z größer ist als ein die Anzahl der Brennräume 3 der Brennkraftmaschine 1 repräsentierender Brennraum-Maximalwert ZMax. Ist dies nicht der Fall, springt das Verfahren zurück in den Verzweigungspunkt P, und die Prüfung wird für den ersten Injektor des nächsten Brennraums 3 fortgesetzt. Dies wiederum wird solange fortgesetzt, bis in dem vierzehnten Schritt S14 festgestellt wird, dass der Brennraumzähler Z nach seiner Inkrementierung in dem dreizehnten Schritt S13 größer ist als der Brennraum-Maximalwert ZMax, oder aber bis in dem zweiten Schritt S2 entschieden wird, dass momentan keine Diagnose der Injektorleckage durchgeführt wird.
Wird in dem vierzehnten Schritt S14 festgestellt, dass der Brennraumzähler Z größer ist als der Brennraum-Maximalwert ZMax, bedeutet dies letztlich, dass alle Brennräume 3 der Brennkraftmaschine 1 überprüft wurden. Somit werden nun in einem fünfzehnten Schritt S15 sowohl der Injektorzähler i als auch der Brennraumzähler Z auf einen Initialwert zurückgesetzt, hier beispielhaft der Injektorzähler i auf den Initialwert 0 und der Brennraumzähler Z auf den
Initialwert 1, wobei das Verfahren dann wiederum zurück in den Verzweigungspunkt P springt. Beim nächsten Programmdurchlauf zur Diagnose der Injektorleckage wird dann wiederum bei dem ersten Injektor 5, 7 des ersten zu prüfenden Brennraums 3 begonnen. Insgesamt ist mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren, der Brennkraftmaschine 1 und dem Computerprogrammprodukt eine sehr sichere, zugleich aber auch einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, eine Diagnose einer Injektorleckage bei der Brennkraftmaschine 1 durchzuführen.
Claims
1. Verfahren zur Diagnose einer Injektorleckage bei einer Brennkraftmaschine (1), wobei
- wenigstens ein Injektor (5,7) angesteuert wird, um eine erste Brennstoffmenge in einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) einzubringen, wobei die erste Brennstoffmenge kleiner ist als eine zum Erzeugen eines zündfähigen Gemischs in dem Brennraum (3) nötige Zündmenge, wobei
- wenigstens ein Brennraumparameter für den Brennraum (3) nach dem Ansteuern des Injektors (5,7) erfasst wird, und
- wobei anhand des erfassten Brennraumparameters festgestellt wird, ob eine Injektorleckage in dem Brennraum (3) vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennraumparameter ein Brennraumdruck und/oder eine Brennraumtemperatur verwendet wird/werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraumparameter zeitabhängig als Brennraumparameterverlauf erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Injektor (5,7) zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in einem Kompressionstakt vor einem oberen Totpunkt eines in dem Brennraum (3) verlagerbaren Kolbens (13) angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Injektor (5,7) zum Einbringen einer zweiten Brennstoffmenge des Brennstoffs in einem Arbeitstakt nach dem oberen Totpunkt des Kolbens (13) angesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (3) wenigstens zwei Injektoren (5,7) zugeordnet sind, wobei a) nur ein Injektor (5,7) der wenigstens zwei Injektoren (5,7) zum Einbringen der ersten Brennstoffmenge in den Brennraum (3) angesteuert wird, wobei der wenigstens eine
andere Injektor (7,5) der wenigstens zwei Injektoren (5,7) nicht angesteuert wird, oder b) die Injektoren (5,7) in verschiedenen Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine (1) alternierend angesteuert werden, oder c) die erste Brennstoffmenge durch die wenigstens zwei Injektoren (5,7) gemeinsam eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren iterativ für eine Mehrzahl von Brennräumen (3) der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Testlauf der Brennkraftmaschine (1), oder im Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.
9. Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Brennraum (3), dem wenigstens ein Injektor (5,7) zur Einbringung von Brennstoff zugeordnet ist, wobei dem Brennraum (3) außerdem wenigstens ein Parametersensor (9) zur Erfassung von wenigstens einem Brennraumparameter zugeordnet ist, und wobei die Brennkraftmaschine (1) außerdem ein Steuergerät (11) aufweist, das mit dem wenigstens einen Injektor (5,7) zu dessen Ansteuerung wirkverbunden ist, und das mit dem wenigstens einen Parametersensor (9) zur Erfassung des wenigstens einen Brennraumparameters wirkverbunden ist, wobei das Steuergerät (11) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Computerprogrammprodukt, aufweisend maschinenlesbare Anweisungen, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinrichtung, insbesondere einem Steuergerät (11) einer Brennkraftmaschine (1), läuft.
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