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Die
Erfindung betrifft ein Erkennungsverfahren zur Erkennung von unerwünschten
Gasanteilen, vorzugsweise Luftanteilen, in einem Fahrzeug-Fluidsystem,
vorzugsweise einem Kraftstoffeinspritzsystem, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie eine Erkennungsvorrichtung zur Erkennung der
unerwünschten
Gasanteile in dem Fahrzeug-Fluidsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
7.
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Aus
dem Fahrzeugbereich sind verschiedene Arten von Fluidsystemen, die
unter anderem mindestens einen Drucksensor umfassen, um den Druck innerhalb
der Systeme ständig
oder abschnittsweise zu messen, bekannt. Beispielsweise umfasst
das Kraftstoffeinspritzsystem, welches insbesondere bei Fahrzeugen
die mit Dieselkraftstoff betrieben werden, eine Einspritzpumpe,
Brennstoffinjektoren, eine Kraftstoffvorförderpumpe innerhalb eines Dieseltanks
und verschieden weitere Teile.
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Ebenso
ist ein Kühlwasserkreislauf
für Fahrzeuge
bekannt, dessen Druck laufend überprüft wird, um
eine Beschädigung
des Motors bei unerwünscht hohen
Temperaturen zu vermeiden.
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In
derartigen Fluidsystemen sind unerwünschte Gasanteile, insbesondere
Luftanteile oder Lufteinschlüsse
dafür verantwortlich,
dass ein fehlerhaftes Funktionsverhalten des Fluidsystemes vorliegt.
Beispielsweise führen
in Kraftstoffeinspritzsystemen von Kraftfahrzeugen unerwünschte Lufteinschlüsse innerhalb
des Kraftstoffes, wie es beispielsweise durch ein Leck innerhalb
des Kraftstoffeinspritzsystems ent stehen kann, zu einer ungleichmäßigen Verbrennung
des Kraftstoffes innerhalb der Brennkammer des Verbrennungsmotors
und somit zu unterschiedlichen Verbrennungsqualitäten. Dies wirkt
sich auf die Leistung des Motors aus, indem der Motor unrund läuft oder,
allgemein betrachtet, Schwankungen in seiner Ausgangsleistung aufweist.
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Bei
Auftreten derartiger Leistungsschwankungen werden bei der Suche
nach der Fehlerursache bisher häufig
Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems und des Motors unnötig ausgetauscht, obgleich
diese nicht die eigentliche Fehlerursache für die vorliegenden Leistungsschwankungen
darstellen. So wird beispielsweise häufig ein Austausch von Brennstoffinjektoren
in der Annahme durchgeführt, dass
der Fehler in diesem Brennstoffinjektoren zu suchen ist, obgleich
die Ursache für
die vorliegenden Leistungsschwankungen des Motors durch Lufteinschlüsse hervorgerufen
wird.
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Derartige
unerwünschte
Lufteinschlüsse
innerhalb einer Kraftstoffsystemes können bisher gar nicht oder
allenfalls in einer Reparaturwerkstatt nur sehr schwer diagnostisiert
werden.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren
ist in
DE 10 2004
062 613 A1 beschrieben. Die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors
weist ein geregeltes Hochdrucksystem und ein gesteuertes Niederdrucksystem
auf, wobei zur Einstellung eines variablen Vordrucks im Niederdrucksystem
in einem Adaptionsmodus ein Adaptionswert zur Korrektur des Soll-Vordruckes
ermittelt wird. Weiterhin wird im Adaptionsmodus der Vordruck gezielt
verändert,
bis durch eine Reglerantwort des Hochdruckreglers des Hochdrucksystems
Dampfblasen detektiert werden. Bei Detektion von Dampfblasen werden
aktuelle Verfahrensparameter des Kraftstoffversorgungssystems ermittelt
und aus diesem der Adaptionswert abgeleitet.
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Ein
weiteres Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern einer
Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens ist in
DE
10 2004 036 039 A1 beschrieben. Hierbei ist eine Bewertung
eines von wenigstens einem Breitwand-Lambdasensor bereitgestellte
Lambdasignals vorgesehen.
DE
100 64 653 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einer
Heißstartsituation.
Die die Einspritzmenge charakterisierende Größe wird in der Heißstartsituation korrigiert
und zwar in Abhängigkeit
von einer eine Temperatur des Kraftstoffes repräsentierenden Größe. In einem
weiteren Verfahren wird eine Heißstartsituation wenigstens
anhand einer eine Temperatur des Kraftstoffs repräsentierenden
Größe und anhand eines
Kraftstoffdruckes bestimmt.
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Eine
Schutz-Schaltung für
katalytische Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ist in
DE 36 19 897 C2 beschrieben.
Anhand des Eingangsstroms der Kraftstoffversorgungspumpe wird eine
Messgröße gewonnnen,
die einen unmittelbaren Rückschluss auf eine
zu erwartende Gefährdung
der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zulässt.
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DE 197 08 045 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Bewertung von Zündaussetzern. Bei diesem Verfahren
wird kein Fehlersignal abgespeichert, wenn der Druck in der Kraftstoffleitung
einen Grenzwert unterschreitet. Dadurch werden Zündaussetzer, die auf einen
leeren Tank zurückzuführen sind,
nicht registriert. Nach dem Auftanken des Kraftfahrzeugs treten diese
Zündaussetzer
nicht mehr auf.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Erkennungsverfahren
und eine Erkennungsvorrichtung für
die Erkennung von unerwünschten
Gasanteilen, vorzugsweise Luftanteilen, in einem Fahrzeug-Fluidsystem,
vorzugsweise einem Kraftstoffeinspritzsystem, zur Verfügung zu stellen,
welches auch durch das Fahrzeug selber, ohne Aufsuchen einer Werkstatt,
also on-board, durchgeführt
bzw. angewendet werden kann.
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Ein
derartiges Erkennungsverfahren wird durch die Merkmale des Patentanspruches
1 und eine solche Erkennungsvorrichtung wird durch die Merkmale
des Patentanspruches 7 angegeben.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei dem Erkennungsverfahren
für die
Erkennung von unerwünschten
Gasanteilen, vorzugsweise Luftanteilen, in einem Fahrzeug-Fluidsystem, vorzugsweise
einem Kraftstoffeinspritzsystem, mittels mindestens eines Drucksensors
mindestens ein kurzzeitiger Druckabfall innerhalb des Fluidsystems detektiert
wird, wobei ein Größenwert
des kurzzeitigen Druckabfalls kleiner als ein Größenwert eines vollständigen Druckabfalls
ist. Dies hat zur Folge, dass diejenigen Druckabfälle, die
eine geringere Auslenkung in einem Druck-Zeitdiagramm zeigen als ein
vollständiger
Druckabfall, wie er beispielsweise bei einem Wackelkontakt eines
oder mehrerer Drucksensoren stattfinden würde, aus einem Druckverlauf herausgefiltert
werden können
und diesen Druckabfall unter bestimmten Bedingungen einem Zustand zuzuordnen
sind, der eine Fehlfunktion des Fluidsystemes, insbesondere des
Kraftstoffsystems, aufgrund von zu hohen Gasanteilen, vorzugsweise
Luftanteilen, anzeigt.
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Beispielsweise
kann im Fluidsystem ein maximaler Arbeitsdruck von bis zu 2000 bar
vorliegen, wobei eine Brennstoffeinspritzung bei ca. 220 bar stattfinden
kann. Bei einem vollständigen
Druckabfall aufgrund beispielsweise eines Wackelkontaktes fällt der
Druck auf Umgebungsdruck ab. Die Druckschwankungen aufgrund von
Einspritz- und Pumpereignisse variieren sehr stark in Abhängigkeit
von Druckverhältnissen
und der Drehzahl des Motors.
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Je
nachdem, wieviel Gasblasen in sogenannten Pumpenhübe enthalten
waren und wieviele Pumpenhübe
mit Gasblasen durchgeführt
wurden, sind unterschiedlich starke Druckabfälle aufgrund von Gasblasen
möglich.
Ein derartiger Druckabfall liegt unterhalb des oben beschriebenen
maximalen Drucks von beispielsweise 2000 bar.
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Beispielsweise
kann eine Anzahl an kurzeitigen Druckabfällen, die beispielsweise jeweils
ca. 1 s andauern können,
innerhalb einer wählbaren
Zeitspanne gezählt
werden und bei Vorliegen einer vorbestimmbaren Maximalanzahl an
kurzzeitigen Druckabfallen innerhalb dieser Zeitspanne mindestens
ein Fehlersignal mittels einer Signaleinheit ausgegeben werden,
um hierdurch anzuzeigen, dass eine Fehlfunktion des Fluidsystemes
vorliegt.
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Vorzugsweise
kann das mindestens eine Fehlersignal in einer Speichereinheit zunächst als
Information über
die Fehlfunktion des Fluidsystems abgespeichert werden. Diese Speichereinheit
kann ständig
ausgelesen werden und mittels einer Anzeigeeinheit in Form einem
Bildschirmes oder eines Leuchtmittels, wie beispielsweise einer
LED, die Information über
die Fehlfunktion des Fluidsystemes anzeigen lassen.
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Ein
derartiges Erkennungsverfahren und eine das Verfahren durchführende Erkennungsvorrichtung
setzen voraus, dass systembedingte Druckabfälle bzw. Druckeinbrüche, wie
beispielsweise aufgrund von Kraftstoffeinspritzvorgängen oder
Einspritzpumpenzyklen, nicht in eine derartige Diagnose miteingehen.
Derartige Vorgänge
müssen
in Abhängigkeit
von dem Erkennen eines Einspritzvorganges oder Einspritzpumpenzykluses
und in Abhängigkeit von
der Kenntnis der mit diesen Vorgängen
zusammenhängenden
Luftzuflüsse
herausgefiltert werden, bevor das erfindungsgemäße Erkennungsverfahren unerwünschte Luftanteile
feststellen kann.
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Ebenso
muss der einspritzbedingte Druckabfall um eine Art gefilterten Referenzwert
für den
in dem System vorhandenen Druck herausgefiltert werden und die sich
daraus ergebende Messung von kurzzeitigen Druckabfällen zu
erhalten.
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Eine
derartige Erkennungsvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Erkennungsverfahrens
kann vorteilhaft on-board
durchgeführt werden,
d. h. mittels der Anzeigeeinheit innerhalb des Fahrzeuges während oder
nach der Fahrt selbsttätig,
vorzugsweise automatisiert, durchgeführt werden. Es ist demzufolge
kein Aufsuchen einer KFZ-Werkstatt notwendig, um das erfindungsgemäße Erkennungsverfahren
durchzuführen.
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Sobald
on-board festgestellt worden ist, dass unerwünscht viele Lufteinschlüsse innerhalb
des Kraftstoffes vorliegen und somit die Leistungsfähigkeit
des Motors mehr oder weniger stark beeinträchtigt ist, kann mittels einer
elektronischen Steuereinheit ein Notfall-Betriebsmodus des Motors
in Gang gesetzt werden, der es ermöglicht, das Fahrzeug noch bis
in die nächste
Kfz-Reparaturwerkstatt zu fahren. Dies kann unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise
einer limitierten Drehzahl des Motors, durchgeführt werden.
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Eine
derartige Steuereinheit ist beispielsweise zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzverlaufes zum
Ausgleichen eines durch die detektierten Spannungsabfälle erzeugten
Leistungsabfalls des Fahrzeugmotors unter Zuhilfenahme der Steuerung
der Brennstoffinjektoren geeignet.
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Vorzugsweise
wird die Detektion des kurzzeitigen Druckabfalls während eines
Zeitabschnittes durchgeführt,
in dem ein in dem Fluidsystem für
die Systemverhältnisse
niedriger Druck besteht. Zu diesem Zeitpunkt der Niedrigdruckverhältnisse
kann hierfür
beispielsweise eine am Kraftstoffeinspritzsystem angeschlossene
Kraftstoffvorförderpumpe
ausgeschaltet werden und ein Fahrzeugmotor mit hoher Leistung bzw.
hoher Last betrieben werden. Hierdurch ist die Häufigkeit des auftretenden Fehlers
von unerwünschten
Luftanteilen innerhalb des Kraft stoffes höher und somit ein derartiges
Messverfahren bzw. Testverfahren einfacher anzuwenden. Auch ist grundsätzlich das
Eintreten bzw. Stattfinden von kurzzeitigen Druckabfällen aufgrund
von Lufteinschlüssen
innerhalb des Kraftstoffes während
eines derartigen Zeitabschnittes eines niedrigen Druckes innerhalb
des Systems wahrscheinlicher.
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Die
Detektion der kurzzeitigen Druckabfälle kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wiederholt durchgeführt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
für die Erkennung
der unerwünschten
Gasanteile, vorzugsweise Luftanteile, in dem Fahrzeug-Fluidsystem,
vorzugsweise dem Kraftstoffeinspritzsystem, weist eine Messeinrichtung
zum Messen mindestens eines kurzzeitigen Druckabfalls mittels mindestens
eines der Drucksensoren auf, wobei der Größenwert des kurzzeitigen Druckabfalls
kleiner als der Größenwert des
vollständigen
Druckabfalls ist.
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Eine
Zähl- und
Auswerteeinheit zum Zählen einer
Anzahl von kurzzeitigen Druckabfällen
innerhalb einer wählbaren
Zeitspanne ist vorhanden. Ebenso ist eine Signaleinheit zum Erzeugen
mindestens eines Fehlersignals bei Vorliegen einer vorbestimmbaren
Maximalanzahl an kurzzeitigen Druckabfällen innerhalb der Zeitspanne
mit der Messeinrichtung und der Zähl- und Auswerteeinheit verbunden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteilhafte
Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigt die Zeichnung in
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1 ein
Druck-Zeit-Diagramm eines Fluidsystems mit einem Druckverlauf, der
unter anderem die kurzzeitigen Druckabfälle zur Bestimmung des Zustandes
von zu viel unerwünschter
Luft innerhalb des Kraftstoffes zeigt, und
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2 ein
Druck-Zeit-Diagramm für
einen Verbrennungsmotor mit einem durch unerwünschten Lufteinlass bedingten
Druckabfall.
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Dem
Diagramm gemäß 1 ist
zu entnehmen, dass in einem Abschnitt 11 ein Druckverlauf dargestellt
ist, wie er beispielsweise innerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystemes
aufgrund von Drucksensorwackelkontakten entstehen kann. Hierbei
finden vollständige
Druckabfälle 15a, 15b, 15c bis
auf 0 bar statt, um anschließend
wieder einen Druckaufbau herzustellen.
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In
einem Zeitabschnitt 12 ist ein nahezu fehlerfreier Zustand
des Druckverlaufes 16 wiedergegeben. Dieser fehlerfreie
Zustand weist keine Druckabfälle
auf.
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In
einem Zeitabschnitt 13 wird eine Mehrzahl an kurzzeitigen
Druckabfällen,
wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
bestimmt werden, dargestellt. Die kurzzeitigen Druckabfälle 14a, 14b, 14c (sporadische
Druckeinbrüche)
weisen einen wesentlich geringeren Druckunterschied zu der Referenzlinie 16, die
bei einem fehlerfreien Zustand vorliegt, auf, wie es in dem Zeitabschnitt 11 der
Fall ist.
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Derartige
kurzzeitige Druckabfälle 14a, 14b, 14c werden
von der Zähl-
und Auswerteeinheit als „inplausibler
Fluiddruckeinbruch” interpretiert
und aus dem gesamten Druckverlauf herausgefiltert, sofern ihre Anzahl
eine vorgebbare Maximalanzahl hintereinander stattfindender kurzzeitiger
Druckabfälle 14a, 14b, 14c innerhalb
einer vorgebbaren Zeiteinheit überschreitet.
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Ab
einer bestimmten Anzahl bzw. Häufigkeit dieser
kurzzeitigen Druckabfälle
und damit einhergehende Spannungsabfälle einer angelegten Spannung
wird ein entsprechender Fehlercode in eine Speichereinheit als Information
für eine
Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzsystems abgespeichert. Ein derartiges
Abspeichern der Fehlercodes ermöglicht es,
den Benutzer des Kraftfahrzeuges, in denen das Fluidsystem installiert
ist, über
das fehlerhafte Verhalten des Kraftstoffeinspritzverfahrens zu informieren
und dieses ggf. mittels einer Fehleranzeige dazustellen. Anschließend können entsprechende
Abhilfemaßnahmen
eingeleitet werden.
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Für Kraftfahrzeuge,
die ein derartiges Erkennungsverfahren anwenden und eine hierfür erforderliche
Erkennungsvorrichtung aufweisen, wird eine gezielte Eingrenzung
der Fehlerursache bei Leistungsschwankungen ermöglicht und somit eine schnelle
und kosteneffektive Reparatur sichergestellt, ohne dann unnötige Zeit
für eine
lange Fehlersuche vergeht.
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In 2 wird
in einem Druck-Zeit-Diagramm der Verlauf des Kraftstoffdruckes innerhalb
eines Verbrennungsmotors bei stattfindendem unerwünschten Lufteinschluss
dargestellt. In dem Diagramm ist über die Ordinate der Kraftstoffdruck
(fuel Pressure (PFU)) innerhalb des Verbrennungsmotors und über die
Abszisse ist die zeitliche Abhängigkeit
(time) des Kraftstoffdruckes dargestellt. Eine Kennlinie 16 des
Kraftstoffdruckes zeigt unter Normalbedingungen Maximalwerte auf
Grund eines Einspritzpumpenzykluses, der einen derartigen Kraftstoffdruckanstieg
verursacht. Ebenso werden Minimalwerte 18 wiedergegeben,
die auf Grund der zyklisch erfolgten Kraftstoffeinspritzung, welche
einen Kraftstoffdruckabfall (injection related PFU-drop) verursacht,
entstehen.
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In
einem Zeitabschnitt 19 (air ingress period) findet ein
unerwünschter
Lufteinlass bzw. die Zuführung
von Kraftstoff mit unerwünschten
Luftanteilen statt. Sofern hierbei lediglich der Einspritzvorgang
an sich betrachtet wird, findet durch einen derartigen Luftzugang
in dem Verbrennungsmotor ein unerwünschter Kraftstoffdruckabfall 20 statt.
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Sobald
in einem Zeitabschnitt 21 kein weiterer unerwünschter
Luftanteil innerhalb des Kraftstoffes vorhanden ist, wird der Kraftstoffdruck
wieder ansteigen, wie es an Hand der Kennlinie 22 erkennbar ist
und sich bei einer Referenzlinie 23 (set point (PFU_SP)
wieder einpendeln.