DE10010857A1

DE10010857A1 - Verfahren und Vorrichtung zu der Diagnose des Ausfalles einer Kraftstoffördereinrichtung eines Kraftstoffsystems

Info

Publication number: DE10010857A1
Application number: DE10010857A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Mathias Rollwage; Karsten Kroepke; Jens Wolber; Thomas Frenz; Manfred Kirschner; Klaus-Dieter Hufnagel; Ingo Richter; Markus Amler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-27
Also published as: FR2805858A1; US20010032622A1; ITMI20010393A1; FR2805858B1; US6536415B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Kraftstoffsystemes mit mehreren Kraftstofförderaggregaten (4, 5), die eingangsseitig in einen, in einem Kraftstoffvorratstank (1) enthaltenen Kraftstoffvorrat eintauchen und ausgangsseitig in einer Förderleitung (6) Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine fördern. Die Ströme der Elektrokraftförderaggregate (4, 5) werden in einer Auswerteeinheit (14) direkt oder indirekt gemessen, miteinander verglichen und abhängig vom Resultat des Vergleichens wird gegebenenfalls ein Diagnosesignal (19) in digitalisierter Form ausgegeben.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose des Ausfalls einer Kraftstoffördereinrichtung im Kraftstoffsystem, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges. Bei Kraftstoffsystemen, die bei Brennkraftmaschinen mit großem Hubraum eingesetzt werden, kann es zur Deckung des bei bestimmten Betriebszuständen maximalen Kraftstoffbedarfes notwendig sein, mehrere Kraftstoffördereinrichtungen einzusetzen.

Stand der Technik

Aus DE 32 47 915 C2 ist eine Kraftstofförderanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen bekannt geworden. Bei der dort offenbarten Kraftstofförderanlage werden eine Hauptförderpumpe und eine Zusatzförderpumpe eingesetzt. Die, die Kraftstoffzumessung beeinflussende Fördermenge der elektrisch steuerbaren Zusatzförderpumpe, wird mittels eines Steuergerätes in Abhängigkeit von das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parameter, wie beispielsweise der Drehzahl, der Leistungsabgabe, Beschleunigungs- oder Verzögerungsphasen, Abgaswerten oder auch Temperaturwerten, gesteuert.

Bei dieser Konfiguration einer Kraftstofförderanlage fördert die Hauptförderpumpe eine konstante Fördermenge, wobei die Zusatzförderpumpe den darüberhinausgehenden Bedarf deckt. Die Kraftstofförderanlage wird insbesondere bei einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine eingesetzt. Bei der aus DE 32 74 915 C2 bekannten Kraftstofförderanlage werden beide Kraftstofförderaggregate mechanisch angetrieben.

Bei heutigen Anwendungen von Kraftstoffsystemen werden Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff versorgt, deren Kraftstoffbedarf in bestimmten Betriebszuständen sehr stark ansteigt. Wird nur eine Kraftstoffpumpe eingesetzt, wird deren Ausfall nicht diagnostiziert, da mit dem Ausfall der Förderung des Kraftstoffes der Motor automatisch abstirbt. Werden hingegen zwei Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt, beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit höherem Kraftstoffbedarf und größeren Hubräumen, bleibt der Motor bei Ausfall einer der Elektrokraftstoffpumpen normalerweise in Betrieb. Eine noch intakte Elektrokraftstoffpumpe hingegen vermag den hohen Motorverbrauch alleine nicht vollständig abzudecken. Die Folge ist, daß das Kraftstoff/Luftgemisch abmagert und es zu Verbrennungsaussetzern kommt. Damit besteht die Möglichkeit, daß unverbranntes Kraftstoff/Luftgemisch in den heißen Katalysator gelangt und diesen beschädigt. Daher wurden bislang in Kraftstoffsystemen von Otto-Motoren auf den Einsatz mehrerer Elektrokraftstoffpumpen verzichtet.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Überwachungsmöglichkeit der Funktion von mehreren in einem Kraftstoffsystem eingebundenen Kraftstofförderaggregaten, läßt sich der Kraftstoffbedarf von großen Motoren hinreichend abdecken, so daß deren Kraftstoffversorgung einschließlich der Versorgung eventuell eingesetzter Saugstrahlpumpen auch bei hohen Systemdrücken sichergestellt werden kann. Der mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbare Sicherheitseffekt ist darin zu erblicken, daß durch die rechtzeitige Detektion des Ausfalles einer kraftstoffördernden Elektrokraftstoffpumpe durch die Motorsteuerungselektronik rechtzeitig die Abmagerung des Gemisches erkannt und dieser, beispielsweise durch eine Leistungsbegrenzung der Brennkraftmaschine, entgegengewirkt wird.

Durch die Auslösung der Leistungsbegrenzung an der Brennkraftmaschine werden die Betriebsparameter an der Brennkraftmaschine dahingegen verändert, daß Verbrennungsaussetzer definitiv ausgeschlossen sind, so daß sichergestellt ist, daß ein unverbranntes Kraftstoff/Luftgemisch in den Katalysator der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges gelangt und diese beschädigt. Damit ist ein sicheres Weiterbetreiben der Brennkraftmaschine sichergestellt, bei dem die Abdeckung des Kraftstoffbedarfes über die noch einsatzfähigen Elektrokraftstoffpumpen erfolgt, die Brennkraftmaschine, wenn auch unter eingeschränkten Bedingungen hinsichtlich der abrufbaren Leistung, weiterbetrieben werden kann.

Mit der aufgrund des Ausfalles eines Elektrokraftstofförderaggregagtes ausgelösten Leistungsbegrenzung an der Brennkraftmaschine, können Beschädigungen des Katalysators bei Otto-Motoren, deren Kraftstoffsystem mehrere Kraftstofförderaggregate enthält, nunmehr definitiv ausgeschlossen werden; ferner kann durch ein Diagnosesignal ein Eintrag in einem Fehlerspeicher erzeugt werden, so daß bei dessen turnusmäßigem oder außerplanmäßig erfolgenden Auslesen, das Auftreten eines Fehlers erkannt wird und dieser umgehend behoben werden kann.

Zur direkten und indirekten Strommessung lassen sich in den Zuleitungen zu den Kraftstofförderaggregaten Strommeßelemente wie Shunts, Hall-Elemente oder Reed-Kontakte integrieren. Als Shunt wird im folgenden ein in Reihe geschalteter Meßwiderstand verstanden.

Über diese können die Ströme bzw. abfallende Spannungen direkt oder auch indirekt gemessen und miteinander verglichen werden. Ferner läßt sich auch ein Vergleich mit an der Steuerelektronik vorgebbaren Maximal- bzw. Minimalwerten vornehmen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert, wobei die einzige Figur den schematischen Aufbau einer Strommeßkonfiguration für ein Kraftstoffsystem mit mehreren elektrisch betreibbaren Kraft stofförderaggregaten zeigt.

Ausführungsvarianten

Das Kraftstoffsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit höherem Kraftstoffbedarf umfaßt einen Vorratstank 1 oberhalb von dessen Tankboden 2, zwei als Elektrokraftstoffpumpen 4, 5 ausgebildete Kraftstofförderaggregate angeordnet sind. Diese enthalten sowohl ein Erstbefüllungsventil sowie Saugstrahlpumpenanordnungen. In den Vorratstank 1 mündet eine Rücklaufleitung 3, die am Druckregler 12 abzweigt und überschüssigen Kraftstoff in den Vorratstank 1 zurückfördert.

Das erste Elektrokraftstofförderaggregat 4 fördert in einen ersten Förderast 8 der Förderleitung 6 auf der Hochdruckseite, während das zweite Elektrokraftstofförderaggregat 5 in einen zweiten Förderast 9 der Förderleitung 6 auf der Hochdruckseite fördert. Der unter Druck stehende Kraftstoff wird in Förderrichtung 10 durch ein Filterelement 11 gefördert, welches Verunreinigungen aus dem Kraftstoff herausfiltert. Vom Förderelemt 11 aus erstreckt sich eine Förderleitung 6 zum Druckregler 12. Von diesem zweigt die bereits erwähnte Rücklaufleitung 3 in den Vorratstank 1 ab, während sich die Versorgungsleitung 13 zur Einspritzeinrichtung an der Brennkraftmachine erstreckt und diese mit Kraftstoff versorgt.

Die im Vorratstank 1 aufgenommenen Elektrokraftstoffpumpen 4, 5 sind beispielsweise über einen Masseanschluß 7 gemeinsam mit der Masse verbunden. Die erste Elektrokraftstoffpumpe 4 ist über eine am Anschluß 16 befestigte Zuleitung 21 mit einer Spannungsquelle verbunden, während die zweite Elektrokraftstoffpumpe 5 über einen Anschluß 18 über die Zuleitung 22 mit der Spannungsquelle 25 in Verbindung steht. Die von den beiden Elektrokraftstoffpumpen 4, 5 ausgehenden Zuleitungen 21, 22 verlaufen durch eine Auswerteeinheit 14, in denen ein einer jeden Zuleitung 21 bzw. 22 zugeordnetes Detektorelement 15, 17 aufgenommen ist. Im Auswertebaustein 14 werden die durch die Detektorelemente 15 und 17 gemessenen Stromwerte ausgewertet; die Auswertung der gemessenen Stromwerte kann sowohl in separaten Auswertebausteinen, als auch innerhalb des zentralen Motorsteuergerätes erfolgen.

Der Ausfall eines von mehreren Elektrokraftstofförderaggregaten 4, 5 kann festgestellt werden, indem der Strom an diesem Kraftstofförderaggregat unter einen bestimmten Schwellwert fällt oder ganz gegen null geht. Ein blockiertes Laufrad eines Elektrokraftstofförderaggregates 4, 5 oder ein Kurzschluß können detektiert werden, wenn der Strom am betreffenden Elektro kraftstofförderaggregat 4, 5 einen Schwellwert übersteigt. In vereinfachender Weise können mehrere Elektrokraftstoffpumpen bei der Strommessung zusammengefaßt werden, beispielsweise zwei Elektrokraftstoffpumpen, was den wahrscheinlichsten Anwendungsfall darstellt. In diesem Anwendungsfalle wird die Differenz der Ströme an den beiden Elektrokraftstofförderaggregaten 4, 5 gemessen. Übersteigt der Betrag der Differenz der Ströme ΔI einen Schwellwert ΔI_max, so ist die Fehlfunktion eines Elektrokraftstofförderaggregates zu konstatieren, solche Fehlfunktionen können sein: Ausfall, Blockieren oder Kurzschluß.

Um fehlerhafte Diagnosen durch den Auswertebaustein auszuschließen, ist der Schwellwert ΔI_max so vorzuwählen, daß einerseits die Fehlfunktion einer der Elektrokraftstoffpumpen sicher erfaßt werden kann, andererseits Pumpenstreuungen keinen Einfluß haben.

Die Messung der Ströme an den beiden Kraftstofförderaggregaten kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen:

Zur Strommessung eignen sich beispielsweise Shunts, d. h. in Reihe geschalteter Meßwiderstände. Es können sowohl ein einziger Shunt, als auch mehrere Shunts verwendet werden.

Bei Verwendung lediglich eines Shunts kann ein Stromfenster definiert werden, innerhalb dessen die Stromaufnahme beider Elektro-kraftstofförderaggregate 4, 5 normalerweise liegt. Die Fehlfunktion eines der beiden Elektrokraftstofförderaggregate kann dadurch detektiert werden, daß die Stromaufnahme außerhalb eines solcherart definierten Stromfensters liegt. Es läßt sich die am Shunt abfallende Spannung U_N mit Schwellwerten U_N,min und U_N,max vergleichen; werden hingegen Shunts eingesetzt, werden die dort jeweils abfallenden Spannungen mit jeweiligen Schwellwerten verglichen. Alternativ kann der Betrag der Spannungsdifferenz mit einem Schwellwert ΔU_max verglichen werden.

Bei der Verwendung von Hall-Elementen als Detektor-Elemente verhält es sich prinzipiell ähnlich. Bei Einsatz lediglich eines Hall-Elementes kann die resultierende Hall-Spannung U_Hall mit einem Schwellwert U_max verglichen werden.

Bei Verwendung von zwei Hall-Elementen als Strommesser 15, 17 zur Erfassung der Ströme, können die jeweils ermittelten Einzelspannungen an den Hall- Elementen mit jeweils einem Schwellwert verglichen werden; es kann eine Spannungsdifferenz ermittelt werden, deren Betrag alternativ mit einem Schwellwert ΔU_max verglichen werden kann.

Aus dem Resultat dieses Vergleiches rührt die Auslösung eines Diagnosesignales 19 in digitaler Form durch die Auswertelogik 14 her.

Werden Reed-Elemente als Detektoren 15 bzw. 17 an den Zuleitungen 21 bzw. 22 eingesetzt, so wird bei Einsatz eines Reed-Elementes eine Signalspannung geschaltet, falls ein resultierendes, durch den fließenden Strom induziertes Magnetfeld eine Schwelle übersteigt. Werden zwei Reed-Elemente eingesetzt; d. h. jedem der Zuleitungen 21 bzw. 22 ist ein separates Reed-Element zugeordnet, so werden jeweils Signalspannungen geschaltet, falls induzierte Magnetfelder Schwellwerte unterschreiten.

Bei Verwendung von Hall-Elementen und Reed-Kontakten zu Strommessungen an den Zuleitungen 21 bzw. 22 können die Zuleitungen 21, 22 im Bereich der Hall-Elemente oder der Reed-Kontakte gegenläufig gewickelt sein. Das an den Hall-Elementen oder an den Reed-Kontakten resultierende Magnetfeld, entspricht der Differenz der in den jeweiligen Zuleitungen 21 bzw. 22 gemessenen Ströme an den beiden Elektrokraftstofförderaggregaten 4, 5.

Fallen beide Elektrokraftstofförderaggregate 4, 5, die vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sein können, aber auch in Reihe geschaltet sein können, gleichzeitig aus, ist wie bei den Anwendungen mit einer Elektrokraftstoffpumpe, die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und der Motor stirbt ab.

Die Auswertung der gemessenen Stromsignale in den Zuleitungen 21, 22 kann entweder in der Motorelektronik zentral erfolgen oder in separaten Bausteinen 14 mit Auswertelogik, von denen aus Diagnosesignale 19 in digitaler Form in das Motorsteuergerät übermittelt werden.

Bezugszeichenliste

1

Vorratstank

2

Tankboden

3

Rücklaufleitung

4

erste Kraftstoffpumpe

5

zweite Kraftstoffpumpe

6

Förderleitung

7

Masseanschluß

8

erster Förderast

9

zweiter Förderast

10

Förderrichtung

11

Filterelement

12

Druckregler

13

Versorgungsleitung

14

Auswertelogik

15

erster Detektor

16

Anschluß

17

zweiter Detektor

18

Anschluß

19

Diagnosesignal

20

Spannungsversorgung

21

Zuleitung

22

Zuleitung

23

Rücklaufrichtung

24

Verzweigung

25

Energiespeicher

Claims

1. Verfahren zur Diagnose eines Kraftstoffsystems mit mehreren Kraftstofförderaggregaten (4, 5), die eingangsseitig in einem im Kraftstofftank (1) enthaltenen Kraftstoffvorrat eintauchen und ausgangsseitig in einer Förderleitung (6) Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine fördern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) in einer Auswerteeinheit (14) direkt oder indirekt gemessen werden, miteinander oder mit Schwellwerten verglichen werden und abhängig vom Resultat des Vergleiches ein Diagnosesignal (19) ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Elektro kraftstofförderaggregat (4, 5) je ein Detektor (15, 17) zur Strommessung zugeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) mit einem Detektorelement (15 bzw. 17) überwacht werden, wobei die Detektorelemente (15 bzw. 17) so ausgelegt sind, daß sie den Differenzstrom ΔI zweier Elektrokraftstoffpumpen (4, 5) auswerten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung in den Zuleitungen (21, 22) zu den Elektrokraftstofförderaggregaten (4, 5) über mindestens einen Shunt erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung der Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) über mindestens ein Hall-Element erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung der Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) über mindestens einen Reed- Kontakt erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung der Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) über mindestens einen Shunt erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Shunts ein Stromfenster festlegbar ist, innerhalb dessen die Stromaufnahme der beiden Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Shunt oder den Hall-Elementen abfallenden Spannungen U₂₁, U₂₂ mit Schwellwerten U_min und U_max verglichen oder eine Spannungsdifferenz ΔU_21,22 mit einem Schwellwert ΔU_max verglichen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zuleitungen (21, 22) zugeordneten Reed-Kontakte eine Signalspannung schalten, falls ein induziertes Magnetfeld einen Schwellwert über- oder unterschreitet.

11. Vorrichtung zur Diagnose eines Kraftstoffsystemes mit mehreren Elektrokraftstofförderaggregaten (4, 5), die eingangsseitig in ein Kraftstofftank (1) enthaltenden Kraftstoffvorrat eintauchen und ausgangsseitig in einer Förderleitung (6) Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine fördern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der Elektrokraftstofförderaggregate (4, 5) in eine Auswerteeinheit (14) mit Detektorelementen (15, 17) direkt oder indirekt gemessen werden, miteinander oder mit Schwellwerten verglichen werden und abhängig vom Resultat des Vergleiches ein Diagnosesignal (19) erzeugt wird.