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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinheit und ein Verfahren in Verbindung mit einer Überwachungseinheit gemäß den Einleitungen der unabhängigen Patentansprüche.
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Die Überwachungseinheit und das Verfahren gemäß der Erfindung sind speziell für die Anwendung in Verbindung mit Fahrzeugen wie Lastkraftwagen und Bussen vorgesehen, können aber auch in anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, wie beispielsweise auf Schiffen und in der Industrie.
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Hintergrund der Erfindung
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Verbrennungsmotoren verbrennen in mehreren Zylindern ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, um Kolben zu betätigen, die ein Antriebsmoment erzeugen. Um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, wird über einen Einlass Luft in einen Ansaugkanal gesaugt und anschließend Kraftstoff in den Ansaugkanal oder direkt in die Zylinder (Direkteinspritzung) eingespritzt. Ein Kraftstoffsystem dient dazu, die eingespritzte Kraftstoffmenge anzupassen, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder zu erhalten.
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Das Kraftstoffsystem umfasst oft einen oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen. Beispielsweise kann eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank heraus befördern, den Kraftstoff mit Druck beaufschlagen und Kraftstoff mit geringem Druck einer Einspritzvorrichtung oder einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zuführen.
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Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe steigert den Druck weiter und befördert den Kraftstoff zu einer oder mehreren Einspritzvorrichtungen.
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Die
US-amerikanische Patentschrift 2010/0326413 bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Schutz einer Kraftstoffpumpe, indem unter anderem kontrolliert wird, ob die Pumpe die korrekte Menge an Kraftstoff liefert.
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Die
US-amerikanische Patentschrift 2011/0224888 bezieht sich auf ein Verfahren zum Diagnostizieren von Fehlern in einem Kraftstoffeinspritzsystem, indem eine bestimmte Kraftstoffmenge zugeführt und das Drehmoment des Motors ermittelt wird. Weicht dies von dem erwarteten Wert ab, gilt das Kraftstoffsystem als defekt.
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Die Patentschrift
DE 10 2004 005 851 bezieht sich auf ein Verfahren zum Diagnostizieren von Fehlern in einem Kraftstoffsystem. Beim Anlassen oder Abstellen eines Verbrennungsmotors wird die Druckveränderung in der Kraftstoffleitung hinter der Kraftstoffpumpe gemessen. Weicht dies von dem erwarteten Wert ab, gilt das Kraftstoffsystem als defekt.
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Derzeitige Fahrzeuge haben häufig eine mechanische Kraftstoffpumpe, die in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angeordnet ist und von diesem angetrieben wird. Eine derartige mechanische Kraftstoffpumpe sorgt für eine Strömung, die direkt von der Motordrehzahl abhängt. Dies ist nicht immer wünschenswert, weil es beispielsweise zur Folge hat, dass die Kraftstoffströmung bei höheren Motordrehzahlen größer als erwünscht ist.
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Aktuelle Niederdrucksysteme bieten keine andere Möglichkeit, um Kraftstofflecks aufzuspüren, als den Boden auf austretenden Kraftstoff zu kontrollieren.
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Ein kleineres Leck ist noch schwerer aufzuspüren, weil die Fahrzeugleistung nicht spürbar beeinträchtigt wird.
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Es besteht die Notwendigkeit, die Fehlererkennung bei Kraftstoffsystemen beispielsweise für Fahrzeuge zu verbessern, insbesondere bei Lastkraftwagen, die häufig für sehr lange Zeit gefahren werden, und insbesondere, um Unregelmäßigkeiten in der Kraftstoffströmung vom Tank zum Motor aufzudecken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Erkennung von Fehlern in Kraftstoffsystemen, insbesondere eine verbesserte Erkennung von Kraftstofflecks in Kraftstoffsystemen, zu erreichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit der Erfindung gelöst, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert wird.
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Die bevorzugten Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche definiert.
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Die vorliegende Erfindung ist für ein Kraftstoffsystem eines Typs geeignet, der als ein steuerbares Niederdrucksystem bezeichnet werden kann, wobei das Pumpen des Kraftstoffs unabhängig vom Motor, beispielsweise eines Fahrzeugs, gesteuert wird. Gemäß der Erfindung kann eine Kontrolle in Bezug auf Undichtigkeiten vor jedem Anlassen oder während des Betriebs erfolgen, wobei eine Menge in Bezug auf Sensorwerte von einem Füllstandsensor und Druck-/Durchflusssensoren sowie vorgegebenen Referenzwerten errechnet wird. Die Kontrolle kann zu der Erzeugung eines Anzeigesignals führen, was wiederum eine manuelle Kontrolle oder das Aufsuchen einer Werkstatt zur Folge haben kann.
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Somit verbessert die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, eine Unregelmäßigkeit in der Kraftstoffströmung zwischen Motor und Tank zu erkennen und zu diagnostizieren, die insbesondere im Fall eines Kraftstofflecks in einem Niederdruckteil eines Kraftstoffsystems auftreten kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das die vorliegende Erfindung veranschaulicht.
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2 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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3 ist die schematische Darstellung eines Fahrzeugs, bei dem die vorliegende Erfindung umgesetzt wurde.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind Details mit gleichen oder ähnlichen Funktionen und Anpassungen durchgehend mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In vielen heutigen Fahrzeugen ist die Kraftstoffpumpe in Verbindung mit dem Motor angeordnet und saugt den Kraftstoff an. Häufig ist die Pumpe mechanisch mit dem Motor verbunden und arbeitet unabhängig von der Antriebswelle des Motors.
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Bei einer anderen Art von Kraftstoffsystem für Verbrennungsmotoren ist die Kraftstoffpumpe stattdessen in Verbindung mit dem Haupttank angeordnet und befördert den Kraftstoff mittels Druck über Kraftstoffleitungen zum Motor. Bei dieser Art von Kraftstoffsystem wird die Pumpe häufig elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben und arbeitet unabhängig von den Bewegungen der Antriebswelle des Verbrennungsmotors.
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Die vorliegende Erfindung ist für diesen zweiten Typ eines Kraftstoffsystems geeignet, d. h. bei dem die Kraftstoffpumpe in Verbindung mit dem Haupttank angeordnet ist und den Kraftstoff mittels Druck zum Motor befördert. Die Kraftstoffpumpe wird beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch, unabhängig von den Bewegungen der Antriebswelle des Verbrennungsmotors, angetrieben.
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Gemäß einer Variante ist eine kleinere Transferpumpe angeordnet, um Kraftstoff von einem oder mehreren Haupttanks zu einem kleineren Tank zu pumpen. In Verbindung mit dem kleineren Tank ist eine Hauptpumpe vorgesehen, um den Kraftstoff anschließend vom kleineren Tank zum Motor zu pumpen, beispielsweise über eine Hochdruckpumpe, die häufig in Verbindung mit dem Motor angeordnet ist.
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Ein Grund dafür, einen kleineren Tank vorzusehen und den Kraftstoff über diesen Tank zu pumpen, besteht darin, dass sich der Kraftstoff bei Fahrten in hügeligem Gelände in größeren Tanks ansammeln kann, so dass die Kraftstoffarmatur den Kraftstoff nicht ansaugen kann, wenn sich nur noch relativ wenig Kraftstoff im Tank befindet.
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Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher beschrieben.
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Zunächst zeigen, unter Bezugnahme auf die 1 und 2, zugehörige Blockschaltbilder zwei Ausführungsformen einer Überwachungseinheit 2 in Verbindung mit einem Kraftstoffsystem 4 für einen Verbrennungsmotor 6. Das Kraftstoffsystem 4 umfasst ein Kraftstofftanksystem 8 mit mindestens einem für Kraftstoff vorgesehenen Haupttank 9 (2). Weiterhin ist mindestens eine Kraftstoffpumpe 10 in Verbindung mit dem Haupttank 9 angeordnet, und eine Steuervorrichtung 12 ist dafür eingerichtet, das Pumpen des Kraftstoffs vom Kraftstofftanksystem 8 über eine Kraftstoffleitung 13 zum Verbrennungsmotor 6 mittels eines Steuersignals 14 an die Kraftstoffpumpe 10 zu steuern. In der Figur ist die Kraftstoffpumpe 10 als außerhalb des Haupttanks 9 angeordnet dargestellt. Gemäß einer Variante ist die Kraftstoffpumpe 10 stattdessen im Haupttank 9 angeordnet.
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Die Überwachungseinheit 2 ist dafür eingerichtet, mindestens zwei Sensorsignale 16 zu empfangen. Erstens mindestens ein Sensorsignal 16 von den Druck- und/oder Durchflusssensoren 18, die dafür eingerichtet sind, den Druck und/oder die Strömung des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung 13, vorzugsweise nach der genannten Kraftstoffpumpe 10, zu messen. Zweitens mindestens ein Sensorsignal 16 von einem oder mehreren Füllstandsensoren 20 im Kraftstofftanksystem 8, die dafür eingerichtet sind, einen Kraftstofffüllstand im genannten Haupttank 9 zu messen. Diese Sensorsignale 16 enthalten Sensorwerte von den genannten Sensoren (18, 20). Die Überwachungseinheit 2 ist ferner dafür eingerichtet, ein Betriebsartsignal 22 zu empfangen, das angibt, in welcher Kraftstoffsystembetriebsart (siehe unten) von mindestens zwei Kraftstoffsystembetriebsarten sich das Kraftstoffsystem 4 befindet. Gemäß einer Ausführungsform wird das Betriebsartsignal 22 von der Steuervorrichtung 12 erzeugt.
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Die Überwachungseinheit 2 umfasst ferner eine Analyseeinheit 24 und eine Speichereinheit 26. Die Analyseeinheit 24 ist dafür eingerichtet, einen oder mehrere Werte in einem empfangenen Satz von Sensorwerten mit einem oder mehreren Werten in einem Satz von entsprechenden erwarteten Werten zu vergleichen, die sich auf die gegebene Kraftstoffsystembetriebsart beziehen und in der Speichereinheit 26 gespeichert sind.
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Weiterhin ist die Analyseeinheit dafür eingerichtet, je nach dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Anzeigesignal 28 zu erzeugen.
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Dieses Anzeigesignal kann den Fahrer beispielsweise darauf aufmerksam machen, dass ein Fehler festgestellt wurde, aber auch Informationen über die Art des vorliegenden Fehlers enthalten, beispielsweise wenn ein Leck festgestellt wurde. Dies kann auch zur Folge haben, dass Fehlercodes erzeugt werden, die sich bei einem Werkstattbesuch auslesen lassen. Bei einem ernsthaften Defekt kann der identifizierte Fehler zur Folge haben, dass Steuersignale erzeugt werden, die bewirken, dass die Motorleistung gedrosselt wird.
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In der Analyseeinheit wird daher ein empfangener Sensorwert mit einem erwarteten Sensorwert verglichen, beispielsweise indem eine Differenz zwischen diesen Werten gebildet und die Größe dieser Differenz unter Berücksichtigung der relevanten Kraftstoffsystembetriebsart analysiert wird.
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Die Analyseeinheit 24 ist vorzugsweise dafür eingerichtet, das genannte Anzeigesignal zu erzeugen, wenn der Vergleich vorgegebene Abweichungsgrenzwerte überschreitet. Solche Abweichungsgrenzwerte sind ebenfalls in der Speichereinheit 26 gespeichert.
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Der durchgeführte Vergleich könnte anhand der Werte der Füllstandsensoren zum Beispiel ergeben, dass der Füllstand im Kraftstofftank sinkt, während die Sensorwerte des Drucksensors in der Kraftstoffleitung hinter der Kraftstoffpumpe keine Druckwerte anzeigen, die vorliegen sollten, wenn der Kraftstoffpegel wie von den Füllstandsensoren angegeben sinkt. Dies könnte auf einen Fehler im Kraftstoffsystem hindeuten, beispielsweise eine Unregelmäßigkeit in der Kraftstoffströmung vom Kraftstofftanksystem zum Verbrennungsmotor, die auf ein Kraftstoffleck zurückzuführen sein könnte.
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Das Kraftstoffsystem ist daher dafür eingerichtet, sich in einer von mehreren Kraftstoffsystembetriebsarten zu befinden. Dies umfasst eine erste Kraftstoffsystembetriebsart, die erlangt wird, wenn das Kraftstoffsystem 4 gemäß einem vorgegebenen Aktivierungszeitplan aktiviert wird. Die Aktivierung des Kraftstoffsystems kann beispielsweise erfolgen, wenn das Fahrzeug gestartet und benutzt wird. Dies kann eingeleitet werden, wenn die Fahrertür geöffnet wird, wenn das Fahrzeug aufgeschlossen wird, wenn der Fahrer auf dem Fahrersitz Platz nimmt oder wenn der Zündschlüssel eingeführt wird.
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In Verbindung mit der Aktivierung wird einem vorgegebenen Aktivierungszeitplan gefolgt, der zur Folge hat, dass eine oder mehrere Kraftstoffpumpen aktiviert werden und beispielsweise den Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung erhöhen. Dieser Druckanstieg sollte auf vorgegebene Weise nach dem Stand der Technik erfolgen, beispielsweise indem über einen bestimmten Zeitraum einer Rampe gefolgt wird.
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Eine zweite Kraftstoffsystembetriebsart gibt es im Kraftstoffsystem 4, wenn sich der Verbrennungsmotor 6 in einem normalen Betriebszustand befindet. Normaler Betriebszustand kann bedeuten, dass das Fahrzeug mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit sowie einem im Wesentlichen konstanten Fahrwiderstand gefahren wird oder im Leerlauf läuft. Die für diese Betriebsart erwarteten Sensorwerte von den Drucksensoren bleiben beispielsweise auf einem relativ niedrigen Niveau, während die Sensorwerte vom Füllstandsensor gleichzeitig ein bestimmtes erwartetes Absinken dieses Füllstands anzeigen sollten.
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Eine dritte Kraftstoffsystembetriebsart gibt es im Kraftstoffsystem 4, wenn der Verbrennungsmotor geschleppt wird, d. h. der Motor wird ohne Kraftstoffzufuhr vom Antriebsstrang gedreht.
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Wenn der Motor geschleppt wird, sollten die erwarteten Sensorwerte von den Drucksensoren sowie die Sensorwerte von den Füllstandsensoren auf einem relativ konstanten Wert bleiben. Alternativ kann beim Schleppen des Motors ein Zeitplan mit einem ähnlichen Druckanstieg wie bei der ersten Kraftstoffsystembetriebsart veranlasst werden.
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Schwere Nutzfahrzeuge haben häufig sehr lange Betriebsstunden. Zwischen Abstellvorgängen können unter Umständen mehrere Tage liegen. Entscheidend ist daher, das Kraftstoffsystem während des Betriebs überwachen zu können.
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Die Überwachungsvorrichtung 6 ist dafür eingerichtet, die genannten Sensorsignale 16 in einem vorgegebenen Leseintervall zu empfangen, das auf die zu lesenden Werte abgestimmt ist. Das bedeutet, dass die Sensorwerte der Füllstandmessung nicht so häufig wie die Druck- oder Durchflusswerte abgelesen werden müssen. Das Ablesen kann natürlich auch auf eine im Wesentlichen kontinuierliche Art erfolgen.
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Die Analyseeinheit ist dafür eingerichtet, Vergleiche in einem vorgegebenen Analyseintervall anzustellen, das ausreichend kurz ist, um relevante Veränderungen festzustellen. Das Intervall kann im Bereich von ein oder zwei Sekunden liegen. Die Speichereinheit 26 umfasst vorzugsweise eine Datenbank mit den genannten erwarteten entsprechenden Werten in Bezug auf die genannten Kraftstoffsystembetriebsarten. Diese sind zunächst unter Berücksichtigung der Spezifikationen des Kraftstoffsystems und des Motors bestimmt worden. Beispielsweise kann es tabellarische Werte für zugehörige Drücke, Durchsätze, Pegel in Beziehung zum Pumpenbetrieb geben.
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Die Analyseeinheit 24 ist dafür eingerichtet, vorzugsweise die genannten erwarteten Werte für die Kraftstoffsystembetriebsarten in Abhängigkeit von historischen Werten zu aktualisieren. Anders gesagt ist die Analyseeinheit dafür eingerichtet, diese Werte in Abhängigkeit vom Systemverhalten adaptiv zu aktualisieren.
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Das Überwachungssystem ist vorzugsweise an ein Kraftstoffsystem angepasst, wobei die genannte mindestens eine Kraftstoffpumpe 10 elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben wird.
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2 zeigt das Blockdiagramm einer Art von Kraftstoffsystem, bei dem das Kraftstofftanksystem 8 zwei Haupttanks 9 umfasst. Diese sind miteinander verbunden, so dass Kraftstoff vom rechten Haupttank zum linken Haupttank in der Figur fließen kann.
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Eine Transferpumpe 32 ist dafür eingerichtet, Kraftstoff vom Haupttank 9 zu einem Transfertank 30 zu pumpen, der deutlich kleiner als die Haupttanks ist. Im Transfertank 30 ist die Kraftstoffpumpe 10 angeordnet. Sowohl die Transferpumpe 32 als auch die Kraftstoffpumpe 10 werden durch Steuersignale 14 der Steuervorrichtung 12 gesteuert. Zu beachten ist, dass die Transferpumpe 32 alternativ im Haupttank 9 angeordnet sein kann und dass die Kraftstoffpumpe 10 alternativ außerhalb des Transfertanks 30 angeordnet sein kann.
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3 zeigt die schematische Darstellung eines Fahrzeugs 34 mit einem Verbrennungsmotor 6, einem Kraftstoffsystem für den Verbrennungsmotor, wobei das Kraftstoffsystem ein Kraftstofftanksystem 8 mit einem Haupttank für Kraftstoff, mindestens eine Kraftstoffpumpe 10, die in Verbindung mit dem Haupttank angeordnet ist, und eine Steuervorrichtung 12 umfasst, um Kraftstoff vom Kraftstofftanksystem zum Verbrennungsmotor zu pumpen. Weiterhin ist eine Überwachungseinheit 2 vorgesehen, die gemäß der obigen Beschreibung funktioniert.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum überwachen mit einer Überwachungseinheit gemäß der obigen Beschreibung. Die Überwachungseinheit ist derart eingerichtet, dass sie in Verbindung mit einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor angeordnet werden kann. Das Kraftstoffsystem umfasst ein Kraftstofftanksystem mit mindestens einer Hauptpumpe für Kraftstoff, mindestens einer Kraftstoffpumpe, die in Verbindung mit dem Haupttank angeordnet ist, und eine Steuervorrichtung, die dafür eingerichtet ist, das Pumpen des Kraftstoffs vom Kraftstofftanksystem über eine Kraftstoffleitung zum Verbrennungsmotor mittels eines Steuersignals an die Kraftstoffpumpe zu steuern.
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Das Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in 4 beschrieben. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
A Empfangen, in der Überwachungseinheit, von mindestens zwei Sensorsignalen von Druck- und/oder Durchflusssensoren, die dafür eingerichtet sind, den Druck und/oder die Strömung des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung, vorzugsweise nach der genannten Kraftstoffpumpe, zu messen, sowie von einem oder mehreren Füllstandsensoren im Kraftstofftanksystem, die dafür eingerichtet sind, einen Kraftstofffüllstand im genannten Haupttank zu messen, wobei die genannten Sensorsignale Sensorwerte von den genannten Sensoren umfassen,
B Empfangen, in der Überwachungseinheit, von einem Betriebsartsignal, das angibt, in welcher Kraftstoffsystem betriebsart von mindestens zwei Kraftstoffsystem betriebsarten sich das Kraftstoffsystem befindet,
C Vergleichen, in einer Analyseeinheit in der Überwachungseinheit, von einem oder mehreren Werten in einem empfangenen Satz von Sensorwerten mit einem oder mehreren Werten in einem Satz von erwarteten entsprechenden Werten, die in einer Speichereinheit gespeichert sind und sich auf die relevante Kraftstoffsystembetriebsart beziehen,
D Erzeugen eines Anzeigesignals je nach dem Ergebnis dieses Vergleichs.
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Das Verfahren hat zur Folge, dass das genannte Anzeigesignal vorzugsweise von der Analyseeinheit erzeugt wird, wenn der Vergleich vorgegebene Abweichungsgrenzwerte überschreitet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Anzeigesignal dafür vorgesehen, auf Unregelmäßigkeiten im Kraftstofffluss vom Kraftstofftanksystem zum Verbrennungsmotor hinzuweisen, die beispielsweise durch ein Kraftstoffleck verursacht werden.
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Wie oben beschrieben kann das Kraftstoffsystem in einer Reihe von Kraftstoffsystembetriebsarten betrieben werden. Diese umfassen eine erste Kraftstoffsystembetriebsart, die erlangt wird, wenn das Kraftstoffsystem gemäß einem vorgegebenen Aktivierungszeitplan aktiviert wird, eine zweite Kraftstoffsystembetriebsart, die im Kraftstoffsystem erlangt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem normalen Betriebszustand befindet, und eine dritte Kraftstoffsystembetriebsart, die im Kraftstoffsystem erlangt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor im Schleppzustand befindet.
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Die erwarteten entsprechenden Werte in Bezug auf die Kraftstoffsystembetriebsarten sind in der Datenbank einer Speichereinheit gespeichert, die in der genannten Überwachungsvorrichtung angeordnet ist. Diese Werte können in Abhängigkeit von historischen Werten dynamisch von der genannten Analyseeinheit aktualisiert werden.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm in Fahrzeugen, wobei das genannte Computerprogramm einen Programmcode umfasst, um eine Überwachungseinheit oder einen mit einer Überwachungseinheit verbundenen Computer zu veranlassen, die Schritte gemäß dem oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Abwandlungen und Entsprechungen verwendet werden. Die vorstehenden Ausführungsformen sind daher nicht als den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung einschränkend zu erachten.
