DE102004005851A1

DE102004005851A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen einer Kraftstofffördervorrichtung

Info

Publication number: DE102004005851A1
Application number: DE200410005851
Authority: DE
Inventors: Uwe Simon; Manfred Nerb
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DE102004005851B4

Abstract

Die Diagnose eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs soll verbessert werden. Hierzu wird in dem Kraftstofffördersystem eine Druckgröße ermittelt und darauf basierend ein Diagnosewert generiert. Mithilfe einer Steuereinrichtung wird bei stehendem Verbrennungsmotor die Diagnose angestoßen. Aufgrund von Druckgradienten DELTAp¶1¶/DELTAt¶1¶ vor dem Motorstart und DELTAp¶2¶/DELTAt¶3¶ nach dem Motorstopp können Leckage- und Verschleißdiagnosen des Kraftstoffsystems durchgeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Abweichung einer Istfunktion einer Kraftstofffördervorrichtung eines Verbrennungsmotors von einer Sollfunktion mit einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Druckgröße in einer Kraftstoffleitung der Kraftstofffördervorrichtung und einer Diagnoseeinrichtung zum Generieren eines Diagnosewerts auf der Basis der Druckgröße.
Mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe wird aus dem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs der Brennstoff zu einer Brennkraftmaschine gefördert. Dieses Kraftstofffördersystem wird üblicherweise unter Niederdruck betrieben. Es weist in der Regel weitere Elemente wie Kraftstofffilter, Ventile und dergleichen auf.

Ein gattungsgemäßes Kraftstofffördersystem ist aus der Druckschrift DE 699 03 191 bekannt. Zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ist dort eine Vorrichtung mit einem Kraftstoffspeicher, ersten Mitteln zum Pumpen von im Speicher befindlichen Kraftstoff, die eine Pumpe und einen Druckregler aufweisen und Kraftstoff eines Druckniveaus, das höher ist als Atmosphärendruck, abgeben, zweiten Pumpmitteln, die von den ersten Mitteln gespeist werden und Kraftstoff eines zweiten Druckniveaus, das größer als das erste ist, an mindestens eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder der Brennkraftmaschine abgeben, und Mitteln zum Rückführen von nicht in die Brennkraftmaschine eingespritztem überschüssigem Kraftstoff zu den zweiten Pumpmitteln und zu dem Speicher vorgesehen. Als Druckregler im Niederdrucksystem werden Klappenventile verwendet.

Die bekannten Kraftstofffördersysteme weisen jedoch den Nachteil auf, dass Pumpenverschleiß oder Leckagen im Niederdrucksystem auftreten, ohne dass dies der Kraftfahrzeugführer bemerkt. Die Folge davon ist oftmals ein unvorhergesehenes Liegenbleiben des Fahrzeugs.

Aus der weiteren Druckschrift DE 697 01 523 ist in diesem Zusammenhang ein Detektorsystem für Kraftstoffleckagen bekannt. Mit dem dort beschriebenen System sollen Leckagen im Hochdrucksystem zuverlässig erkannt werden können. Hierzu wird eine erste Masse des Kraftstoffs ermittelt, die in einen vorgegebenen Abschnitt des Kraftstoffsystems eindringt. Als Nächstes wird eine zweite Masse des Kraftstoffs ermittelt, die den vorgegebenen Abschnitt des Kraftstoffsystems über einen ersten vorgegebenen Kraftstoffauslass verlässt, und zwar derart, dass der durch die Einspritzvorrichtungen fließende Kraftstoff und dann die Differenz zwischen der ersten und zweiten Kraftstoffmasse ermittelt wird. Diese Differenz stellt die Kraftstoffmenge dar, bei der es sich um die Leckage im System handeln kann. Ein Teil dieser Leckage kann die Masse des zum Kraftstofftank zurückgeführten Kraftstoffs sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Kraftstofffördervorrichtung vorzuschlagen, mit der/dem insbesondere ein Kraftstoffniederdrucksystem überprüfbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Abweichung einer Istfunktion einer Kraftstofffördervorrichtung eines Verbrennungsmotors von einer Sollfunktion mit einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Druckgröße in einer Kraftstoffleitung der Kraftstofffördervorrichtung und einer Diagnoseeinrichtung zum Generieren eines Diagnosewerts auf der Basis der Druckgröße sowie einer Steuereinrichtung, mit der die Ermittlungseinrichtung und die Diagnoseeinrichtung zur Durchführung einer Diagnose bei stehendem Verbrennungsmotor ansteuerbar sind.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Abweichung einer Istfunktion einer Kraftstofffördervorrichtung eines Verbrennungsmotors von einer Sollfunktion durch Ermitteln einer Druckgröße in einer Kraftstoffleitung bei stehendem Verbrennungsmotor, und Generieren eines Diagnosewerts auf der Basis der Druckgröße.

Vorzugsweise ermöglicht die Steuereinrichtung eine Diagnose vor dem Motorstart. Die Durchführung der Diagnose kann hierfür beispielsweise durch ein externes Signal „Zündung EIN" gestartet werden. Dabei kann der Druck aufbau, der zum Aufbau eines optimalen Startdrucks ausgeführt wird, zur Diagnose des Kraftstofffördersystems nach Verschleiß oder Leckagen verwendet werden.

Die Steuereinrichtung kann aber auch mit einem externen Signal „Tür geöffnet" zur Durchführung der Diagnose aktiviert werden. Mit diesem Signal wird typischerweise zunächst das Motorsteuergerät „aufgeweckt" und anschließend kann ein Druckaufbau im Kraftstofffördersystem erfolgen. Ist für den Druckaufbau zuviel Zeit notwendig, so kann die Ursache hierfür in einer verschlissenen Pumpe oder einem verstopften Filter liegen.

Die Steuereinrichtung kann aber auch eine Diagnose nach dem Motorstopp ermöglichen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung mit einem externen Signal „Motor stopp" zur Durchführung der Diagnose aktivierbar sein. Auch nach dem Motorstopp, wenn der Motor wieder im Stillstand ist und das Kraftstofffördersystem sich quasi in einem statischen Zustand befindet, können aussagekräftige Diagnosen ausgeführt werden. Insbesondere kann der Druck im System beobachtet werden und beispielsweise bei einem zu raschen Abbau eine Leckage im Kraftstoffsystem diagnostiziert werden.

Vorzugsweise umfasst die Druckgröße einen Druckgradienten und betrifft insbesondere eine Druckaufbaugeschwindigkeit oder eine Druckabbaugeschwindigkeit. Diese Geschwindigkeitsgrößen sind zunächst unabhängig von bestimmten Druckwerten. Wird jedoch ein Start- und Enddruck festgelegt, so ist die Druckänderungsgeschwindigkeit ein Synonym für eine Druckaufbau- bzw. Druckabbauzeit.

Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine zur Ermittlung der Druckgröße eine Sensoreinrichtung im Niederdrucksystem der Kraftstofffördervorrichtung auf. Mit der Sensoreinrichtung wird der Druck im Niederdrucksystem erfasst und für eine Regelung bzw. die Diagnose verwendet.

Die Sensoreinrichtung kann in Kraftstoffflussrichtung unmittelbar vor der Hochdruckpumpe angeordnet sein. Damit können Leckagen im gesamten Niederdrucksystem vor der Hochdruckpumpe erfasst werden.

Darüber hinaus kann in der Kraftstoffleitung ein Kraftstofffilter mit Druckbegrenzer vorgesehen sein. Damit bedarf es keiner Regelung der Kraftstoff pumpe im Kraftstofftank und die Daten der Sensoreinrichtung können ausschließlich für die Diagnose verwendet werden. Dadurch lässt sich gegebenenfalls der Sensor kostengünstiger gestalten.

Wird jedoch die Sensoreinrichtung auch zum Regeln der Förderleistung der Pumpe im Kraftstofftank, d.h. der Niederdruckpumpe, verwendet, so kann dies durch Anpassen der Drehgeschwindigkeit der Pumpe an den gemessenen Druck erfolgen. Damit ergeben sich Vorteile insbesondere im Hinblick auf die Geräuschentwicklung beim stehenden Fahrzeug, aber auch den gesamten Energieverbrauch.

Die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung ist vorzugsweise zur Ermittlung von Leckagen in der Kraftstoffleitung, einem Ventil in der Kraftstofffördervorrichtung, einem Filter in der Kraftstofffördervorrichtung und/oder der Pumpen eingesetzt. Anhand des von der Sensoreinrichtung ausgegebenen Druckwerts kann dann ein Diagnosewert und daraus eine entsprechende Diagnose hinsichtlich Leckage in dem Kraftstoffsystem ermittelt werden.

Die Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Druckwerts im Niederdrucksystem kann aber auch dazu verwendet werden, um – wie bereits angedeutet – einen Verschleiß der Niederdruckpumpe zu erkennen. Damit ist es möglich, bereits vor dem Ausfall der Pumpe entsprechende Maßnahmen zu ergreifen und ein Liegenbleiben des Fahrzeugs zu verhindern.

Günstigerweise wird die Diagnose in einem Fehlerspeicher eines Kraftfahrzeugsteuergeräts eingetragen. Ein derartiger Eintrag steht jederzeit zur Anzeige für den Fahrer aber auch für das Kundendienstpersonal zur Verfügung.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems; und
2 einen Druckverlauf in einem Niederdrucksystem.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Ein Kraftstoffbehälter 1 enthält entsprechend 1 eine elektrische Kraftstoffpumpe 2 in einem Stautopf 3. Mit diesem Aufbau wird auch bei hohen Motorleistungen und dynamischer Fahrweise stets eine ausreichende Kraftstoffversorgung sichergestellt. Eine oder mehrere Saugstrahlpumpen 5 werden aus der Druckstufe des Vorlaufes der Kraftstoffpumpe 2 betrieben und stellen sicher, dass auch bei geringer Kraftstoffrestmenge und dynamischer Fahrt unter Schräglagen immer ausreichend Kraftstoff im Stautopf 3 zur Verfügung steht.
Am Stautopf 3 ist ein Hebelgeber 6 zum Erfassen des Füllstands im Kraftstoffbehälter 1 befestigt. Aufgrund der speziellen Geometrie des dargestellten Kraftstoffbehälters 1 ist in der linken Tankhälfte ein zweiter Hebelgeber 7 zur Erfassung des Kraftstoffvorrats in der linken Tankkammer verbaut.
Der Kraftstoff wird nun durch eine Kraftstoffleitung 8 zur Brennkraftmaschine befördert. Zwischen dem Kraftstoffbehälter 1 und der durch Einspritzventile 9 symbolisierten Brennkraftmaschine befindet sich in der Kraftstoffleitung 8 ein Kraftstofffilter 10 mit Druckbegrenzer. Der überschüssige Kraftstoff fließt über eine Leitung 11 zurück in den Stautopf 3.
In der Brennkraftmaschine werden die Einspritzdüsen 9 von einer Hochdruckpumpe 12 über Verteilerleisten 13 mit dem Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 8 versorgt. Am Eingang der Hochdruckpumpe 12 ist ein Niederdrucksensor 14 angeordnet. Mit ihm ist es möglich, den Druck, den die Kraftstoffpumpe 2 in dem Zuleitungssystem aufbaut, zu erfassen. Der Druck wird über eine Datenleitung an ein Steuergerät 15 gemeldet. Dieses ist beispielsweise über einen Türkontakt 16 aktivierbar. Das Steuergerät 15 gibt Steuersignale an eine Steuerelektronik 18, mit der die Kraftstoffpumpe 2 ansteuerbar ist. Zusätzlich kann die Ansteuerung der Steuerelektronik auch dadurch erfolgen, dass die von einer Batterie 19 gelieferte Versorgungsspannung für die Steuerelektronik 18 mit Hilfe eines von dem Steuergerät 15 betätigbaren Schalters 17 an- und abgeschaltet wird.
Durch den Vergleich des vom Sensor 14 im Kraftstoffniederdrucksystem erfassten Istdrucks mit dem Solldruck erfolgt über das Motorsteuergerät 15 ein Abgleich der Drehzahl der Kraftstoffpumpe 2. Damit wird nur soviel Kraftstoff gefördert, wie zum Betrieb des Motors tatsächlich notwendig ist.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, eine elektronisch bedarfsgeregelte Kraftstoffpumpe 2 zu realisieren. Hierdurch reduziert sich die elektrische Leistungsaufnahme und damit der Kraftstoffverbrauch. Aufgrund des verringerten Wärmeeintrages reduzieren sich die Verdampfungsemissionen, so dass eine geringere Umweltbelastung erreicht werden kann. Gleichzeitig erhöht sich durch die geringeren Pumpendrehzahlen die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe 2 sowie die Geräuschemission, besonders im Leerlaufbereich.
Der Niederdrucksensor 14 kann nicht nur zur Kraftstoffdruckregelung während des Motorlaufs, sondern erfindungsgemäß auch zu Diagnosezwecken genutzt werden. Dabei kann sowohl der geregelte Druckaufbau vor dem Motorstart als auch der Druckabbau bis zum Motorstart oder nach dem Motorstopp beobachtet und abgespeichert werden. Über die Druckaufbau- und Druckabbauzeiten kann das Kraftstoffsystem insbesondere hinsichtlich Leckagen im Leitungssystem und in den Pumpen sowie die elektrische Kraftstoffpumpe selbst bewertet und diagnostiziert werden. Somit lässt sich beispielsweise die Vorlaufleitung diagnostizieren, die z. B. bei der Leckdiagnose des Kraftstoffsystems bzw. beim OBD-Zyklus (on-board-diagnose) nicht erfasst werden kann. Ebenso kann ein übermäßiger Verschleiß der Kraftstoffpumpe 2 durch verschmutzten Kraftstoff oder ein vollständig beladener Kraftstofffilter und andere kontinuierlich verlaufende Herabsetzungen der Betriebsfähigkeit, die bisher bis zum Bauteileausfall unerkannt blieben, nun frühzeitig angezeigt werden, bevor Beeinträchtigungen auftreten.
Die vom Steuergerät 15 anhand des statischen oder dynamischen Druckverlaufsignals des Niederdrucksensors 14 ermittelten Störungen werden in einen Fehlerspeicher (in 1 nicht dargestellt) eingetragen. Durch einen entsprechenden Hinweis an den Kunden oder das Werkstattpersonal kann ein Liegenbleiben des Fahrzeugs vermieden werden.
Ein konkretes Beispiel zur Diagnose eines Kraftstoffniederdrucksystems wird nun nachfolgend im Zusammenhang mit 2 näher dargelegt. In der oberen Grafik von 2 ist der Kraftstoffdruck über der Zeit dargestellt. Die darunter liegende Grafik zeigt diejenigen Zeitabschnitte, in denen die Kraftstoffpumpe ein- bzw. ausgeschaltet ist. Im vorliegenden Beispiel wird das System durch Betätigen eines Türkontakts zum Zeitpunkt t₀ aktiviert. Hierdurch wird die Kraftstoffpumpe eingeschaltet und steigert den Druck im Kraftstoffsystem ausgehend vom Druck p₀, der beispielsweise den Umgebungsdruck darstellt, auf einen Solldruck p₂. Diese Druckdifferenz ist in 2 mit Δp₁ gekenn zeichnet. Sobald der Solldruck p₂ erreicht ist, schaltet die Kraftstoffpumpe zum Zeitpunkt t₁ ab. Während des Zeitraums Δt₁ zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ findet also eine Vorbestromung der Kraftstoffpumpe bei noch stillstehendem Motor statt. Die Erhöhung des Drucks im Niederdrucksystem hat zum einen den Zweck, optimale Startbedingungen für den Motor zu erzielen. Zum anderen kann der Verlauf des Druckaufbaus, insbesondere der durch Δp₁ und Δt₁ gegebene Druckgradient erfindungsgemäß auch zur Diagnose des Kraftstoffsystems verwendet werden. Ist der Druckaufbaugradient flacher, so liegt unter Umständen eine Leckage, ein Verschleiß der Pumpe oder eine Verschmutzung des Kraftstofffilters vor. Falls ein Grobleck vorliegt, wird der Solldruck p₂ unter Umständen gar nicht erreicht und die Vorbestromung der Kraftstoffpumpe sollte nach einer vorbestimmten Zeit abgebrochen werden. Auch dieser Abbruch führt zu einer entsprechenden Diagnose.
Nach dem Abschalten sinkt der Kraftstoffdruck auch ohne Leckage im Kraftstoffsystem üblicherweise nach 6 bis 8 Stunden auf den Umgebungsdruck ab. Wird nun zum Zeitpunkt t₂ die Zündung eingeschaltet, so wird die Pumpe erneut aktiviert, um den optimalen Solldruck p₂ zum Motorstart zu erreichen. Während des Betriebs des Motors ab dem Zeitpunkt t₃ sinkt der Kraftstoffdruck auf den Betriebsdruck p₁. Nach dem Abstellen des Motors bzw. der Zündung zum Zeitpunkt t₀ wird die Kraftstoffpumpe für eine Zeitdauer Δt₂ nachbestromt, um zum Zeitpunkt t₅ erneut den Solldruck p₂ zu erreichen. Nach dem Zeitpunkt t₅, wenn die Kraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, sinkt der Kraftstoffdruck erneut ab. Der Druckabbau ist gekennzeichnet durch den Gradienten Δp₂/Δt₃. Ist der Druckgradient für den Druckabbau d.h. bei ausgeschalteter Kraftstoffpumpe zu steil, so kann von einer Leckage im Kraftstoffsystem ausgegangen werden. Entsprechend der Steilheit des Gradienten kann von einer Mikro-, Fein- oder Grobleckage gesprochen werden.
Der Leckagetest beim Druckabbau kann zwar auch vor dem Motorstart, d. h. zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂, stattfinden, typischerweise reicht dieser Zeitraum jedoch nicht für eine aussagekräftige Diagnose. Daher wird der Leckagetest bei stillstehender Kraftstoffpumpe in der Regel nach dem Motorstopp durchgeführt.
Mit dem erfindungsgemäßen Leckagetest ist somit das gesamte Niederdrucksystem einer Kraftstoffanlage eines Kraftfahrzeugs einschließlich der Leitungen 8 und 11 sowie des Kraftstofffilters 10 und der Kraftstoffpumpe 2 überprüfbar. Mit dem herkömmlichen Luftdrucktest kann nur die Dichtheit des Kraftstofftanks überprüft werden.

Claims

Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Abweichung einer Istfunktion einer Kraftstofffördervorrichtung eines Verbrennungsmotors von einer Sollfunktion mit – einer Ermittlungseinrichtung (14) zum Ermitteln einer Druckgröße in einer Kraftstoffleitung (8) der Kraftstofffördervorrichtung und – einer Diagnoseeinrichtung zum Generieren eines Diagnosewerts auf der Basis der Druckgröße, gekennzeichnet durch – eine Steuereinrichtung (15), mit der die Ermittlungseinrichtung (14) und die Diagnoseeinrichtung zur Durchführung einer Diagnose bei stehendem Verbrennungsmotor ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (15) eine Diagnose vor dem Motorstart ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (15) mit einem externen Signal „Zündung EIN" zur Durchführung der Diagnose aktivierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinrichtung mit einem externen Signal „Tür geöffnet" zur Durchführung der Diagnose aktivierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (15) eine Diagnose nach dem Motorstopp ermöglicht und insbesondere mit einem externen Signal „Motor stopp" die Steuereinrichtung (15) zur Durchführung der Diagnose aktivierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckgröße einen Druckgradienten umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Druckgradient einen Druckaufbau betrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Druckgradient einen Druckabbau betrifft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leckage in der Kraftstoffleitung (8), einem Ventil der Kraftstofffördervorrichtung, einem Filter (10) der Kraftstofffördervorrichtung und/oder einer Pumpe (2) anhand des Diagnosewerts feststellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Verschleiß der Pumpe (2) anhand des Diagnosewerts feststellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffleitung (8) Teil eines Kraftstoffniederdrucksystems ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen Fehlerspeicher aufweist, in die eine Diagnose der Kraftstofffördereinrichtung eintragbar ist.
Verfahren zum Diagnostizieren einer Abweichung einer Istfunktion einer Kraftstofffördervorrichtung eines Verbrennungsmotors von einer Sollfunktion gekennzeichnet durch – Ermitteln einer Druckgröße in einer Kraftstoffleitung (8) bei stehendem Verbrennungsmotor, und – Generieren eines Diagnosewerts auf der Basis der Druckgröße.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Diagnose vor dem Motorstart durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein externes Signal „Zündung EIN" als Startsignal für die Diagnose verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei ein externes Signal „Tür geöffnet" als Startsignal für eine Diagnose verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei eine Diagnose nach dem Motorstopp durchgeführt wird und insbesondere ein externes Signal „Motor stopp" als Startsignal für die Diagnose verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Druckgröße einen Druckgradienten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Druckgradient einen Druckaufbau betrifft.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Druckgradient einen Druckabbau betrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei eine Leckage in der Kraftstoffleitung (8) einem Ventil der Kraftstofffördervorrichtung, einem Filter (10) der Kraftstofffördervorrichtung und/oder einer Pumpe (2) anhand des Diagnosewerts festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein Verschleiß der Pumpe (2) anhand des Diagnosewerts festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei die Diagnose in einem Kraftstoffniederdrucksystem durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, wobei eine Diagnose in einen Fehlerspeicher eines Kraftfahrzeugsteuergeräts eingetragen wird.