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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen eines Kraftstoffversorgungssystems eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftstoffversorgungssystems in einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Fehler des Kraftstoffversorgungssystems eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, werden derzeit mit Hilfe verschiedener Verfahren überprüft, die wenigstens teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden müssen („Offboard-Methoden“).
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Diese Verfahren umfassen insbesondere, den Kraftstoffdruck an verschiedenen Prüfstellen zu messen, das Volumen von Kraftstoffströmen auszulitern und Geräuschauffälligkeiten (z. B. der Kraftstoffpumpe) zu detektieren. Die Messungen finden typischerweise bei stehendem Fahrzeug, teilweise sogar bei abgeschaltetem Motor, statt. In einigen Verfahren muss das Kraftstoffversorgungssystem geöffnet werden, um einzelne Prüfschritte durchführen zu können.
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Die Prüfung mit diesen Verfahren ist daher aufwendig und teuer, und die Ergebnisse sind von der Erfahrung und von der Motivation des die Prüfung durchführenden Personals abhängig. Aufgrund des hohen Aufwandes besteht insbesondere die Gefahr, dass nach einer Reparatur auf eine vollständige abschließende Prüfung des Kraftstoffversorgungssystems verzichtet wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Überprüfen von Kraftstoffversorgungssystemen für Verbrennungsmotoren zu vereinfachen und zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffversorgungssystems eines Verbrennungsmotors, das einen Niederdruckbereich mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffdruckregler, sowie einen Hochdruckbereich mit einem Mengensteuerventil, einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einem Hochdrucksensor umfasst, die Schritte: Deaktivieren der Hochdruck-Kraftstoffpumpe; Betreiben der Niederdruck-Kraftstoffpumpe mit einer Start-Förderleistung; monotones Verändern der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe bei gleichzeitigem Messen des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich mit dem Hochdrucksensor; und Auswerten des mit dem Hochdrucksensor gemessenen Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich als Funktion der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch eine Diagnosevorrichtung, insbesondere ein „Diagnosegerät“, zum Prüfen eines Kraftstoffversorgungssystems eines Verbrennungsmotors, das einen Niederdruckbereich mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffdruckregler, sowie einen Hochdruckbereich mit einem Mengensteuerventil, einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einem Hochdrucksensor umfasst. Das Diagnosegerät ist ausgebildet, derart mit einer Steuervorrichtung des Kraftstoffversorgungssystems verbunden zu werden, dass das Kraftstoffversorgungssystem durch das Diagnosegerät ansteuerbar ist. Dabei ist das Diagnosegerät ausgebildet, das Kraftstoffversorgungssystem so anzusteuern, dass ein Verfahren zum Prüfen des Kraftstoffversorgungssystems durchgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Deaktivieren der Hochdruck-Kraftstoffpumpe; Betreiben der Niederdruck-Kraftstoffpumpe mit einer Start-Förderleistung; monotones Verändern der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe bei gleichzeitigem Messen des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich mit dem Hochdrucksensor; und Auswerten des mit dem Hochdrucksensor gemessenen Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich als Funktion der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe.
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Grundgedanken der Erfindung sind ein spezieller, durch das Diagnosegerät vorgegebener Prüfablauf sowie eine Auswertmethode, die es ermöglichen, die Leistungsfähigkeit des Kraftstoffversorgungssystems zu bestimmen. Im Gegensatz zu den bisher üblichen „Off-Board“-Methoden kann ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung von einem Diagnosegerät automatisiert ausgeführt werden. Das Verfahren kann insbesondere bei laufendem Motor durchgeführt werden. Dabei wird die Niederdruck-Kraftstoffpumpe fast über ihren gesamte Leistungsbereich betrieben und getestet.
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Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe wird insbesondere mit einem vom Diagnosegerät vorgegeben Stromverlauf/Tastverhältnis angesteuert. Je nach Stromverlauf/Tastverhältnis und der sich daraus ergebenden Förderleistung tritt am Kraftstoffdruckregler ein charakteristischer Druckabfall auf, der ein Maß für die Leistungsfähigkeit des Kraftstoffversorgungssystems ist.
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Auswerten des Kraftstoffdrucks als Funktion der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe ermöglicht es, einfach und rasch zu beurteilen, ob das Kraftstoffversorgungssystems in Ordnung ist, oder ob ein Fehler vorliegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen somit ein automatisiertes Überprüfen des Kraftstoffversorgungssystems zum schnellen und effizienten Erkennen von Fehlern im Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere in dessen Niederdruckbereich, ohne dass es notwendig ist, das Kraftstoffversorgungssystem zu öffnen und/oder Prüftools an das Kraftstoffversorgungssystem anzupassen, um sie mechanisch mit dem Kraftstoffversorgungssystem zu verbinden.
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Fehlerquellen und insbesondere fehlerhafte Komponenten des Kraftstoffversorgungssystems können so einfach und zuverlässig identifiziert werden.
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Dabei können insbesondere Fehler des Kraftstoffversorgungssystems zuverlässig von Fehlern anderer Systeme (z.B. dem Hochdruckkreis, dem Luft- und Abgassystem, dem Getriebe, usw.), die zu ähnlichen Symptomen führen können, abgegrenzt werden.
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Die Komponenten des Niederdruckkreises können insbesondere nach einer Reparatur überprüft und freigegeben werden, dabei können die Ergebnisse der Prüfung automatisch dokumentiert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, die Niederdruck-Kraftstoffpumpe zunächst mit einer minimalen Start-Förderleistung zu betreiben, die Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe monoton zu erhöhen und die Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe zu bestimmen, bei der sich der Kraftstoffdruckregler öffnet.
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Aus einer Verschiebung der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe, bei der sich der Kraftstoffdruckregler öffnet, in Richtung höherer Förderleistungen, kann auf das Vorliegen wenigstens eines Lecks im Kraftstofffördersystem und/oder auf eine (aufgrund eines Fehlers/Defekts) verminderte Leistungsfähigkeit der Niederdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, die Zunahme / den Anstieg des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffversorgungssystem nach dem Öffnen des Kraftstoffdruckreglers zu bestimmen. Aus einem gegenüber dem Normalfall („System i.O“) verminderten Druckanstieg im Kraftstoffversorgungssystem nach dem Öffnen des Kraftstoffdruckreglers kann auf das Vorliegen zusätzlicher Drosselstellen im Kraftstoffsystem geschlossen werden. Solche zusätzlichen Drosselstellen können beispielsweise die Folge eines verstopften Kraftstofffilters und/oder beschädigter Kraftstoffleitungen sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren, die wie zuvor beschrieben bestimmten Werte der Förderleistung, bei der der Kraftstoffdruckregler öffnet, und/oder des Anstiegs des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffversorgungssystem nach dem Öffnen des Kraftstoffdruckreglers mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn wenigstens einer der vorgegebenen Grenzwerte über- bzw. unterschritten wird.
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Auf diese Weise können Fehler im Kraftstoffversorgungssystem zuverlässig erkannt und angezeigt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, die Niederdruck-Kraftstoffpumpe zunächst mit einer maximalen oder nahezu maximalen Start-Förderleistung zu betreiben, die Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe monoton zu verringern und die Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe zu bestimmen, bei der der Kraftstoffdruckregler schließt.
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Aus einer Verschiebung der Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffpumpe, bei der der Kraftstoffdruckregler schließt, in Richtung einer höheren Förderleistungen kann auf das Vorliegen wenigstens eines Lecks im Kraftstofffördersystem und/oder auf eine (aufgrund eines Fehlers/Defekts) verminderte Leistungsfähigkeit der Niederdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, die Abnahme / den Abfall des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffversorgungssystem vor dem Öffnen des Kraftstoffdruckreglers zu bestimmen. Aus einem gegenüber dem Normalfall („System i.O“) verminderten Druckabfall im Kraftstoffversorgungssystem vor dem Öffnen des Kraftstoffdruckreglers kann auf das Vorliegen zusätzlicher Drosselstellen im Kraftstoffsystem geschlossen werden. Solche zusätzlichen Drosselstellen können beispielsweise die Folge eines verstopften Kraftstofffilters und/oder beschädigter Kraftstoffleitungen sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren, die wie zuvor beschrieben bestimmten Werte der Förderleistung, bei der der Kraftstoffdruckregler schließt, und/oder des Abfalls des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffversorgungssystem vor dem Schließen des Kraftstoffdruckreglers, mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn wenigstens einer der vorgegebenen Grenzwerte über- bzw. unterschritten wird.
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Auf diese Weise können Fehler im Kraftstoffversorgungssystem zuverlässig erkannt und angezeigt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Diagnosevorrichtung ausgebildet, über eine OBD-Schnittstelle mit dem Kraftstoffversorgungssystems verbunden zu werden. Auf diese Weise kann die Diagnosevorrichtung auf einfache Weise mit Kraftstoffversorgungssystemen in handelsüblichen Kraftfahrzeugen verbunden werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die Diagnosevorrichtung wenigstens eine Anzeigevorrichtung, die zur Anzeige wenigstens eines Diagnoseergebnisses ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems, auf das Ausführungsbeispiele der Erfindung angewandt werden können; und
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2 den von dem Hochdrucksensor gemessenen Kraftstoffdruck als Funktion der Förderleistung der Niederdruckpumpe für verschiedene Diagnosefälle.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems 1, auf das Ausführungsbeispiele der Erfindung angewandt werden können.
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Das Kraftstoffversorgungssystem 1 hat einen Niederdruckbereich 5 mit einer Tankeinbaueinheit 3, die innerhalb eines Kraftstofftanks 2 angeordnet ist. Die Tankeinbaueinheit 3 umfasst eine Filtereinheit 4 und eine Niederdruckpumpe 6, die ausgebildet ist, Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 2 durch die Filtereinheit 4 zu entnehmen und einem Kraftstoffdruckregler 8 zuzuführen.
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Von dem Kraftstoffdruckregler 8 wird der Kraftstoff durch eine Niederdruckleitung 10 einer Hochdruckeinheit 12 zugeführt.
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Die Hochdruckeinheit 12 umfasst einen Druckschwankungsdämpfer 11 und ein Mengensteuerventil 14, die beide in Fluidverbindung mit der Niederdruckleitung 10 stehen.
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Die Ausgangsseite des Mengensteuerventils 14 ist mit dem Eingang einer Hochdruckpumpe 16 verbunden, die ausgebildet ist, den Kraftstoff mit hohem Kraftstoffdruck durch ein Ein-Wege-Ventil 17 in einen Hochdruckbereich 7 zu fördern.
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Der Hochdruckbereich 7 umfasst eine Hochdruckleitung 18, welche den Kraftstoff an einen Hochdruckverteiler 22 („Common-Rail“) liefert. Der Hochdruckverteiler 22 verteilt den ihm unter hohem Druck zugeführten Kraftstoff an die Kraftstoffinjektoren 24 eines (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors.
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Ein am Hochdruckverteiler 22 angebrachter Hochdrucksensor 20 ermöglicht es, den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich 7 zu messen.
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Das Kraftstofffördersystem 1 umfasst auch ein Steuergerät 26, das drahtlos oder über in der 1 nicht gezeigte Kabelverbindungen mit den Komponenten des Kraftstofffördersystems 1, insbesondere der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 6, der Hochdruckeinheit 12 und dem Hochdrucksensor 20 verbunden ist, um die Komponenten des Kraftstofffördersystems 1 so anzusteuern, dass es die für den Betrieb des (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors benötigte Kraftstoffmenge zur Verfügung stellt.
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1 zeigt darüber hinaus ein Diagnosegerät 28, das über eine geeignete Schnittstelle 30, beispielsweise eine OBD-Schnittstelle, mit dem Steuergerät 26 verbunden ist, um das Kraftstofffördersystem 1 mit Hilfe des Steuergeräts 26 so anzusteuern, dass es ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchführt. Das Diagnosegerät 28 ist mit einer Anzeigevorrichtung 32 ausgestattet oder verbunden, die es ermöglicht, das Ergebnis der Verfahrens anzuzeigen.
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Ein Verfahren zum Prüfen eines Kraftstoffversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nutzt das typische Druckverhalten des Kraftstoffdruckreglers 8 und verwendet den am Hochdruckverteiler 22 angebrachten Hochdrucksensor 20, um den Kraftstoffdruck zu messen.
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Damit der Kraftstoffdruck im Niederdruckbereich 5 identisch mit dem Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich 7 ist und von dem Hochdrucksensor 20 gemessen werden kann, wird das Mengensteuerventil 14 vollständig geöffnet, so dass die Hochdruckpumpe 16 keinen zusätzlichen Kraftstoffdruck aufbauen kann. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteiler 22 ist folglich gleich dem von der Niederdruckpumpe 6 erzeugten Kraftstoffdruck und der Verbrennungsmotor läuft im Niederdruckbetrieb.
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Bei niedrigen Kraftstoffdrücken wirkt der Kraftstoffdruckregler 8 zunächst wie ein Überdruckventil, das bei Kraftstoffdrücken unterhalb eines vorgegebenen Öffnungsdrucks geschlossen ist.
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2 zeigt den von Hochdrucksensor 20 gemessenen Kraftstoffdruck p (y-Achse) als Funktion der Förderleistung F der Niederdruckpumpe 6 (x-Achse) für verschiedene Diagnosefälle
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Die Kurve A beschreibt dem Druckverlauf bei einem intakten Kraftstoffversorgungssystem 1.
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Zu Beginn des Prüfablaufs wird die Niederdruckpumpe 6 mit einer geringen Förderleistung F, d.h. bei einer geringen Drehzahl / mit einem geringen Taktverhältnis, betrieben. Der hierbei von der Niederdruckpumpe 6 erzeugte Kraftstoffdruck p liegt unterhalb des Öffnungsdrucks p0 des Kraftstoffdruckreglers 8.
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Eine stetige Erhöhung der Förderleistung F der Niederdruckpumpe 6 führt daher zunächst zu einem Bereich A1, in dem der Kraftstoffdruck p steil ansteigt.
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Bei einer bestimmten Förderleistung F1 ist der Öffnungsdruck p0 des Kraftstoffdruckreglers 8 erreicht. Bei einer weiteren Erhöhung der Förderleistung F > F1 der Niederdruckpumpe 6 steigt der Kraftstoffdruck p daher mit einer deutlich geringeren Steigung an (Bereich A2). In diesem Bereich ist der Kraftstoffdruckregler 8 geöffnet und wirkt als Drossel im Kraftstoffversorgungssystem 1. Am Punkt (F1, p0) tritt daher ein deutlich erkennbarer Knick K in der Kurve A auf.
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Die Kurve B beschreibt den Druckverlauf am Hochdrucksensor 20 in einem Fall, in dem eine Leckage im Niederdruckbereich 5 des Kraftstoffversorgungssystems 1 vorhanden und/oder die Leistungsfähigkeit der Niederdruckpumpe 6 vermindert ist.
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Wenn ein solcher Fehler vorliegt, wird der Öffnungsdruck p0 des Kraftstoffdruckreglers 8 erst bei einer deutlich höheren Förderleistung F2 > F1 der Niederdruckpumpe 6 erreicht, der Knick KB in der Druckkurve B ist daher zu einer höheren Förderleistung F2 verschoben.
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Durch Vergleichen des Wertes der Förderleistung F2, bei dem der Öffnungsdruck p0 des Kraftstoffdruckreglers 8 erreicht wird, und demzufolge ein Knick KB in der Druckkurve B auftritt, mit einem vorgegebenen Schwellwert, können Lecks im Kraftstoffversorgungssystem 1 und/oder eine verminderte Leistungsfähigkeit der Niederdruckpumpe 6 zuverlässig erkannt werden. Dabei ist es insbesondere nicht notwendig, das Kraftstoffversorgungssystem 1 zu öffnen und/oder spezielle Prüfwerkzeuge an das Kraftstoffversorgungssystem 1 zu adaptieren.
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Die Kurve C beschreibt den Druckverlauf am Hochdrucksensor 20 in einem Fall, in dem vor dem Druckregelventil 8 ein unerwünschte Drosselstelle vorhanden ist.
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Solche Drosselstellen können ihre Ursache beispielsweise in einem teilweise verstopften Kraftstofffilter 4 und/oder einer Verminderung des Druckflusses durch beschädigte oder teilweise verstopfte Leitungen vor dem Druckregelventil 8 haben.
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Durch eine solche Drosselstelle wird der Kraftstoffdruck p0, bei dem sich der Kraftstoffdruckregler 8 öffnet, nicht beeinflusst. Im Bereich C1 mit niedriger Föderleistung F bzw. niedrigem Kraftstoffdruck p stimmt die Kuve C daher mit der Druckkurve B eines intakten Systems überein.
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Nachdem der Öffnungsdruck p0 erreicht worden ist, tritt jedoch auch bei einer weiteren Erhöhung der Förderleistung F kein weiterer oder nur noch ein geringer Druckanstieg auf, da der maximale Volumenstrom durch die zusätzliche Drosselstelle begrenzt ist. Der Volumenstrom und der Kraftstoffdruck p im Kraftstoffversorgungssystem 1 bleiben daher auch bei einer weiter ansteigenden Förderleistung F der Niederdruckpumpe 6 (nahezu) konstant (Bereich C2).
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Durch Vergleichen des Druckanstiegs Δp nach dem Erreichen des Öffnungsdrucks p0 mit einem vorgegebeben Grenzwert können daher zusätzliche Drosselstellen vor dem Druckregelventil 8, die ihre Ursache in einem Defekt des Kraftstoffversorgungssystems 1 im Bereich vor dem Druckregelventil 8 haben, zuverlässig erkannt werden, ohne dass es notwendig ist, das Kraftstoffversorgungssystem 1 zu öffnen und/oder spezielle Prüfwerkzeuge einzusetzen und/oder zu adaptieren.
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Alternativ kann das Verfahren auch durchgeführt werden, indem die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 6 zunächst mit einer hohen Förderleistung F betrieben wird und die Förderleistung F der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 6 dann monoton verringert wird. In diesem Fall ist der Kraftstoffdruckregler 8 zu Beginn des Verfahrens, d.h. bei einer hohen Förderleistung F der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 6, die einen hohen Kraftstoffdruck p zur Folge hat, geöffnet. Der Kraftstoffdruckregler 8 schließt sich, sobald der von der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 6 erzeugte Kraftstoffdruck p den Öffnungsdruck p0 des Kraftstoffdruckreglers 8 unterschreitet.
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Die gemessenen Werte und das Ergebnis des Vergleichs mit vorgegebenen Grenzwerten können über einen Werkstattester ausgegeben werden. Dabei kann insbesondere ein einfaches Diagnoseergebnis („System in Ordnung“ / „System nicht in Ordnung“) ausgegeben bzw. angezeigt werden, um die Diagnose zu vereinfachen und die Gefahr einer Fehlinterpretation des Diagnoseergebnisses zu minimieren.