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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren eines Fehlverhaltens eines Fördersystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem sind Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm für ein Steuergerät und einer Fördersystem einer Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
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Stand der Technik
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Es sind diverse Verfahren bekannt, die während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs Fehler in einem Kraftstoff-Einspritzsystem diagnostizieren. Dabei werden z.B. sogenannte Systemfehlercodes in einem Fehlerspeicher hinterlegt. Diese Systemfehlercodes verweisen jedoch oft nicht genau auf eine defekte Komponente, vielmehr können mehrere Komponenten für das Auftreten des jeweiligen Fehlercodes ursächlich sein. Daher ist es trotz der abgespeicherten Systemfehlercodes aufwändig, die ursächliche Komponente zu identifizieren, um diese zu ersetzen oder zu reparieren.
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Die
DE 10 2009 003 032 A1 zeigt ein Verfahren, mit dem zum Beispiel eine Leckage in einem Niederdruckbereich mittels eines Niederdrucksollwertsprungs ermittelt wird. Bei dem Sprung von einem hohen auf ein niederes Druckniveau wird im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein Druckabbaugradient bestimmt. D.h., es wird ein Abfall des Drucks über der Zeit beim Druckabbau durch einen im Hochdruckbereich angeordneten Hochdrucksensor ermittelt. Aus einer Abweichung der Größe des Gradienten von einem vorgegebenen Sollwert kann dann auf ein Fehler im Fördersystem, zum Beispiel auf die Kraftstoffleckage, geschlossen werden.
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Nachteilig bei dieser Ermittlung ist, dass der Druckabbau im Niederdruckbereich während des Messvorgangs nicht nur durch den Abfluss über eine mögliche Leckage verursacht wird. Während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine findet ein Abfluss von Kraftstoff auch durch Kraftstoffeinspritzungen statt, wobei dieser Kraftstoffabfluss, verglichen mit dem Abfluss kleiner Leckagen, relativ groß ist. Der Druckabbaugradient ist somit ein Maß für die Summe aus Leckage- und Einspritzabfluss. Kleine Leckagen bewirken dabei eine relativ kleine Änderung des Gradienten. Ob Schwankungen des Druckabbaugradienten von einer Messungenauigkeit des Hochdrucksensors, durch schwankenden Kraftstoffmengenbedarf des Motors oder von einer Leckage herrühren, kann daher nicht exakt unterschieden werden. Dieses Verfahren ist also stark toleranzbehaftet und erlaubt somit nur eine sehr grobe Erkennung von Leckagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass durch Ermitteln eines Niederdruckabbaugradienten im Stillstand der Brennkraftmaschine auf ein Fehlverhalten im Niederdruckbereich geschlossen wird. Erfindungsgemäß wird ein Fehlverhalten des Fördersystems lokalisiert, insbesondere eine Leckage im Niederdruckbereich ermittelt. Zur Ermittlung weist das Fördersystem im Niederdruckbereich einen Niederdrucksensor auf. Dabei ist der Niederdrucksensor derart ausgebildet, dass er im Gegensatz zum bekannten Einsatz des Hochdrucksensors in einem geeigneten Druck-Messbereich arbeitet und damit eine wesentlich höhere Messgenauigkeit aufweist als ein Hochdrucksensor, der zur Sensierung eines Niederdrucks eingesetzt wird.
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Das Verfahren ist bevorzugt für den Einsatz während einer Werkstattinspektion des Kraftfahrzeugs geeignet. Dann wird das Verfahren von einem in der Werkstatt vorhandenen Diagnosesystem durchgeführt werden. Das Verfahren kann aber auch bspw. in vorgegebenen Zeitintervallen außerhalb der Werkstatt vom Steuergerät der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, wobei ein erkanntes Fehlverhalten als Warnsignal ausgegeben und/oder in einem Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs gespeichert werden kann. Aus dem Betrag des ermittelten Niederdruckabbaugradienten ist ein Indiz für die Dringlichkeit zur Behebung eines Lecks im Kraftstoffeinspritzsystem.
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Während der Ermittlung des Niederdruckabbaugradienten steht die Brennkraftmaschine, d.h. im Kraftstoffverteiler der Brennkraftmaschine findet kein Niederdruckabbau durch Kraftstoffentnahme für Einspritzungen statt. Der Niederdruckabbaugradient wird somit zum weitaus größten Teil durch eine Leckageabflussmenge beeinflusst. Deswegen können Schlüsse auf eine eventuelle Leckage im Niederdruckbereich mit einer wesentlich höheren Genauigkeit gezogen werden als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Fördersystem der Brennkraftmaschine neben dem Niederdrucksensor auch einen Hochdrucksensor auf. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Niederdruckabbaugradient parallel zu einem Hochdruckabbaugradienten ermittelt wird. Damit kann ein Fehlverhalten des gesamten Fördersystems (Niederdruckbereich und Hochdruckbereich) gleichzeitig ermittelt werden. Dies bedeutet eine verkürzte Prüfzeit. Außerdem kann durch den Verzicht auf die aus dem Stand der Technik bekannte Ermittlung eines Niederdruckabbaugradienten während des Betriebs der Brennkraftmaschine das Steuergerät entlastet werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorteilhaft, dass zu Beginn der Ermittlung des Niederdruckabbaugradienten der Druck im Niederdruckbereich auf einen maximal zulässigen Wert eingestellt wird. Dadurch ist der Druck im Niederdruckbereich so hoch hoch, dass durch ein eventuell vorhandenes Leck genügend Kraftstoff abfließt, so dass ein deutlicher Druckabfall festgestellt werden kann. Der maximale Druck kann bspw. durch ein Niederdruckbegrenzungsventil oder eine Niederdruckpumpe eingestellt werden.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, dass ein erster Druckwert im Niederdruckbereich ermittelt und nach einer vorgegebenen Wartezeit ein zweiter Druckwert im Niederdruckbereich ermittelt wird. Anschließend wird der Niederdruckabbaugradient aus den beiden Druckwerten und der Wartezeit ermittelt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Liegt der Betrag des ermittelten Niederdruckabbaugradienten über dem Sollwert (große Steigung), so kann auf eine Leckage im Niederdruckbereich geschlossen werden und entsprechende Maßnahmen zur Behebung des Fehlverhaltens eingeleitet werden. Die Auswertung muss sicherstellen, dass nur große Druckabbaugradienten als Leckage interpretiert werden und ein Druckaufbaugradient nicht.
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Nachfolgend werden anhand der Figuren vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fördersystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
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2 ein Diagramm mit einer Darstellung eines Druckverhaltens in einem erfindungsgemäßen Fördersystem und;
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3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fördersystems 1 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Fördersystem 1 weist einen Niederdruckbereich 3 und einen Hochdruckbereich 15 auf. Der Niederdruckbereich 3 umfasst einen Kraftstofftank 2 und eine Niederdruckpumpe 4 zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 2 in eine Niederdruckkraftstoffleitung 5. Am Ausgang der Niederdruckpumpe 4 ist ein Niederdruckbegrenzungsventil 6 angeschlossen, um den Druck in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 auf einen vorgegebenen, maximalen Wert zu begrenzen. Zusätzlich ist in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 ein Kraftstofffilter 8 vorgesehen, um das Eindringen von Fremdkörpern und Verschmutzungen in den Hochdruckbereich 15 des Einspritzsystems zu verhindern. An der Niederdruckkraftstoffleitung 5 ist ein Niederdrucksensor 7 zum Ermitteln des Drucks in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 vorgesehen. Zwischen dem Kraftstofffilter 8 und der Position des Niederducksensors 7 ist ein Rückschlagventil 9 angeordnet.
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Aus der Niederdruckkraftstoffleitung 5 wird der Kraftstoff einer Hochdruckpumpe 12 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 12 umfasst ein Mengensteuerventil 10, ein Hochdruckbegrenzungsventil 14, ein Rückschlagventil 16 und einen Kolbenraum 13 mit einem darin beweglich angeordneten Hochdruckkolben 11. In der Hochdruckpumpe 12 ist zusätzlich ein variabler Druckdämpfer 17 angeordnet.
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Je nach Stellung des Mengensteuerventils 10 wird im Kolbenraum 13 durch den Hochdruckkolben 11 der gewünschte hohe Kraftstoff-Einspritzdruck in der Hochdruckförderleitung 19 erzeugt.
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Der von dem Hochdruckkolben 11 unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff wird über das Rückschlagventil 16, das ein Zurückströmen des Kraftstoffs in den Kolbenraum 13 verhindert, einem Kraftstoffverteiler 18 (auch Common Rail genannt) mit einer daran angeschlossenen Anzahl von Einspritzventilen 22 zugeführt. Am Kraftstoffverteiler 18 ist ein Hochdrucksensor 20 vorgesehen, um den hohen, von der Hochdruckpumpe 12 erzeugten Kraftstoff-Einspritzdruck im Kraftstoffverteiler 18 zu messen. Die Niederdruckpumpe 4, der Niederdrucksensor 7, der Hochdrucksensor 20 und die Hochdruckpumpe 12 sind mit einem Steuergerät 23, bevorzugt mit einem Motorsteuergerät, verbunden.
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Zwischen dem Kolbenraum 13 und dem Ausgang des Rückschlagventils 16 ist das Hochdruckbegrenzungsventil 14 angeschlossen, um den Kraftstoff-Einspritzdruck auf einen vorgegebenen, am Hochdruckbegrenzungsventil 14 einstellbaren, Maximalwert zu begrenzen.
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Die 2 zeigt jeweils beispielhaft einen Sollverlauf 24 und einen Ist-Verlauf 24' eines Drucks in der Hochdruckförderleitung 19 und einen Sollverlauf 26 und einen Ist-Verlauf 26' eines Drucks in der Niederdruckkraftstoffleitung 5. Die durchgezogene Linie zeigt jeweils den Sollverlauf, die gepunktete Linie zeigt den jeweiligen Ist-Verlauf. Außerdem wird ein Verlauf 28 einer Stellung des Öffnungswinkel des Mengensteuerventils 10 dargestellt. Hierbei sind der Soll- und der Ist-Verlauf identisch.
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Die entsprechenden Druckverläufe 24 und 26 werden vom Steuergerät 23 durch Signale des Niederdrucksensors 7 und des Hochdrucksensors 20 überwacht und durch entsprechendes Betreiben der Niederdruckpumpe 4 und der Hochdruckpumpe 12 gesteuert. Eine Betriebsphase der Brennkraftmaschine ist mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet; eine Stillstandphase der Brennkraftmaschine ist mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet.
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Wie aus den 2 ersichtlich ist, wird zunächst der Verlauf 24 des Drucks in der Hochdruckförderleitung 19 durch ein teilweise geöffnetes Mengensteuerventil 10 auf einem mittleren Niveau gehalten. Nach einem Öffnen des Mengensteuerventils 10 (vgl. Bezugszeichen 34) fällt der Ist-Druck in der Hochdruckförderleitung 19 (bedingt durch Einspritzungen im Betrieb) ab (vgl. Bezugszeichen 24').
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Im erfindungsgemäßen Verfahren entsteht kein Druckabfall in der Hochdruckförderleitung 19 (vgl. Bezugszeichen 42), da der Druck in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 konstant gehalten wird. Kurz vor Erreichen der Stillstandphase 32 der Brennkraftmaschine wird der Druck in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 auf einen maximalen Niederdruck erhöht (vgl. Bezugszeichen 56 für den Soll-Wert-Sprung und das Bezugszeichen 26’ für den Ist-Wert). Dieser Druck wird bis zur Stillstandphase 32 der Brennkraftmaschine konstant gehalten.
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Anschließend wird der Soll-Wert des Hochdrucks angehoben, wodurch der Druck in der Hochdruckförderleitung 19 stark ansteigt. Einen entsprechenden Hochdruckaufbaugradient 44 zeigt 2. Ist der Maximalwert des Drucks in der Hochdruckförderleitung 19 erreicht (vgl. Bezugszeichen 46), steigt der Druck in der Hochdruckförderleitung 19 nicht mehr an, sondern er fällt wieder ab (vgl. Ist-Verlauf, Bezugszeichen 48), weil der Sollwert vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine abgesenkt wird. Wenn nämlich der Druck nach dem Abstellen niedriger als der zulässige Maximaldruck ist, können Leckagen sicherer erkannt werden.
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Anschließend wird die Brennkraftmaschine abgestellt, so dass die Brennkraftmaschine sich im Stillstand befindet (vgl. Bezugszeichen 32). Auch das Mengensteuerventil 10 ist wieder geschlossen (vgl. Bezugszeichen 50). Bei stromlos geöffneten Mengensteuerventilen 10, öffnet das Mengensteuerventil 10 nach dem Abstellen. Im Stillstand der Brennkraftmaschine sinkt der Druck in der Hochdruckförderleitung 19 weiter ab, was der dargestellte Hochdruckabbaugradient 52 anzeigt.
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Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine kommt die Brennkraftmaschine zum Stillstand und das erfindungsgemäße Verfahren kann gestartet werden, um ein Leck des Fördersystems 1 zu lokalisieren, insbesondere um eine Kraftstoffleckage im Niederdruckbereich 3 zu ermitteln. Ein dabei ermittelbarer Niederdruckabbaugradient 58 ist in 2 dargestellt. Er wird beispielsweise ermittelt indem der Nieder-Druck vom Niederdrucksensor 7 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten ermittelt wird und durch diese zwei auf einer Zeitachse aufgetragenen Messwerte eine Gerade gelegt wird.
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Das Verfahren ist bevorzugt für den Einsatz während einer Werkstattinspektion des Kraftfahrzeugs geeignet, kann aber auch am Ende des Montagebands (Bandende) oder in vorgegebenen Zeitintervallen außerhalb der Werkstatt durchgeführt werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren funktioniert folgendermaßen:
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In der Abfrage 100 wird auf die Stillstandphase der Brennkraftmaschine abgefragt. Ist die Brennkraftmaschine im Stillstand, so wird der Druck durch Betätigen der Niederdruckpumpe 4 in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 mit Hilfe des Niederdruckbegrenzungsventils 6 auf eine maximal zulässige Größe eingestellt (Verfahrensschritt 110). Durch Auswerten von Signalen des Niederdrucksensors 7 wird der erzeugte Druck ermittelt. Danach wird in Verfahrensschritt 120 der erzeugte Druck in einem dem Steuergerät 23 zugeordneten Speicherelement gespeichert. Nach Ablauf einer im Steuergerät definierten Wartezeit wird in Verfahrensschritt 130 der Druck in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 über den Niederdrucksensor 7 nochmals ermittelt und ebenfalls in einem dem Steuergerät 23 zugeordneten Speicherelement abgespeichert. Aus den beiden gespeicherten Drücken in der Niederdruckkraftstoffleitung 5 und der Wartezeit wird in Verfahrensschritt 140 ein Wert für den Niederdruckabbaugradienten 58 bestimmt. Anschließend wird in der Abfrage 150 der ermittelte Wert des Niederdruckabbaugradienten 58 mit einem im Steuergerät 23 oder Tester definierten und dort gespeicherten Sollwert verglichen. Ist der vorzeichenbehaftete Wert des Niederdruckabbaugradienten 58 kleiner als der Sollwert, so wird auf ein Fehlverhalten, zum Beispiel eine Leckage im Niederdruckbereich 3, geschlossen. Entsprechende Maßnahmen und Warnhinweise werden in Verfahrensschritt 160 eingeleitet. Ist der vorzeichenbehaftete Wert des Niederdruckabbaugradienten 58 größer oder gleich dem Sollwert, so wird von einem störungsfreien Betrieb im Niederdruckbereich 3 ausgegangen (Verfahrenschritt 170).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009003032 A1 [0003]
