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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur
Erkennung einer Leckage in einem Kraftstoffversorgungssystems bei
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der Hauptansprüche.
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Bei
Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff
mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffbehälter gefördert und über Kraftstoffleitungen
den Einspritzventilen zugeführt. Überschüssiger Kraftstoff
gelangt üblicherweise über eine
Rücklaufleitung
in den Kraftstoffbehälter
zurück.
Bei Brennkraftmaschinen mit Hochdruckeinspritzung, insbesondere
bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, schließt sich
an die Kraftstoffpumpe eine weitere Pumpe an, die einen sehr hohen
Druck in einem Hochdruckbereich erzeugt, der mit den Einspritzventilen
in Verbindung steht.
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Bei
solchen Kraftstoffversorgungssystemen besteht die Gefahr, dass im
Falle eines Defekts des Ventils bzw. der Einspritzdüse ständig Kraftstoff
in den entsprechenden Verbrennungsraum eingespritzt wird. Ferner
ist auch eine Leckage nach außen
möglich,
bei der Kraftstoff unter hohem Druck in den Motorraum gelang. Es
wird deshalb beispielsweise in der DE-PS 31 26 393 vorgeschlagen,
dass Mittel vorgesehen sind, die laufend den Druck im Hochdruckbereich
des Kraftstoffversorgungssystems messen, wobei ein Absinken des
Drucks im Speicher unter einem vorbestimmten Wert zu einer Fehlererkennung führt. Da
bei einem solchen Fall ständig
Kraftstoff in den Motor eingespritzt würde, wird bei der bekannten Einrichtung
nach Erkennen eines Fehlers der Motor abgeschaltet bzw. die Kraftstoffförderung
beendet.
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Ferner
ist aus der JP 6-213051 ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen
in Kraftstoffversorgungssystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. Um
eine Leckage zu erkennen wird dort in einer Zeitperiode, in der
die Injektoren nicht angesteuert werden und die Pumpe nicht in den
Hochdruckbereich fördert,
der Druck im Hochdruckbereich gemessen wird. Fällt der Druck ab, so wird auf
eine Leckage erkannt.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung
mit den Merkmalen der Hauptansprüche
hat gegenüber
dem Bekannten den Vorteil, dass das gesamte Hochdruckkraftstoffversorgungssystem
auf Dichtheit überwacht
werden kann und nicht nur erkannt wird, ob ein Einspritzventil ständig geöffnet ist,
sondern dass auch eine Leckage nach außen erkennbar ist. Besonders
vorteilhaft ist dabei die Einfachheit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. 1 zeigt ein Blockdiagramm des Kraftstoffzumesssystems, 2 ein erstes Flussdiagramm
und 3 ein zweites Flussdiagramm
zur Verdeutlichung zweier Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 sind die für
das Verständnis
der Erfindung erforderlichen Bestandteile eines Kraftstoffversorgungssystems
einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt.
Das dargestellte System wird üblicherweise
als Common-Rail-System bezeichnet. Mit 10 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet.
Dieser steht über
eine Kraftstoffzuführleitung
mit einem Filter 15, einer Vorförderpumpe 20, einem
Absperrventil 25, einer Hochdruckförderpumpe 30 mit einem
Rail 35 in Verbindung. In der Kraftstoffzuführleitung
ist zwischen der Hochdruckförderpumpe 30 und
dem Rail 35 ein Druckregelventil 40 bzw. ein Druckbegrenzungsventil angeordnet.
Mittels dieses Ventils ist die Zuführleitung mit einer Rücklaufleitung 45 verbindbar. Über die
Rücklaufleitung 45 gelangt
der Kraftstoff zurück
in den Tank 10.
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Das
Absperrventil 25 ist mittels einer Spule 26 betätigbar.
Entsprechend ist das Ventil 40 mittels einer Spule 41 betätigbar.
Am Rail 35 ist ein Sensor 50 angeordnet. Bei diesem
Sensor 50 handelt es sich vorzugsweise um einen Drucksensor,
der ein Signal bereitstellt, das dem Kraftstoffdruck im Rail entspricht.
Das Rail 35 steht über
jeweils eine Leitung mit den einzelnen Injektoren 61 bis 66 in
Verbindung. Die Injektoren umfassen Magnetventile 71 bis 76 mittels
denen der Kraftstofffluß durch
die Injektoren steuerbar ist. Des weiteren stehen die Injektoren
mit jeweils einem Anschluß mit
der Rücklaufleitung 45 in Verbindung.
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Das
Ausgangssignal des Drucksensors 50 sowie die Ausgangssignale
weiterer Sensoren 80 gelangen zu einer Steuereinheit 100 die
wiederum die Magnetventile 71 bis 76, die Spule 26 der
Vorförderpumpe,
die Spule 41 des Druckregelventils 40 und die
Hochdruckförderpumpe
steuert. Mit dem Druckregelventil 40 und/oder der Hochdruckpumpe 30 kann
der Druck im Hochdruckbereich gesteuert werden. Die Hochdruckpumpe
und das Druckregelventil werden daher auch als Drucksteuermittel
bezeichnet.
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Der
Bereich zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter und der Hochdruckpumpe 30 wird
als Niederdruckbereich, der Bereich zwischen der Hochdruckpumpe 30 und
den Injektoren wird als Hochdruckbereich bezeichnet.
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Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt. Die Vorförderpumpe 20, die
als Elektrokraftstoffpumpe oder mechanische Pumpe ausgeführt sein
kann, fördert den
Kraftstoff, der sich im Kraftstoffvorratsbehälter 10 befindet über einen
Filter 15 zur Hochdruckförderpumpe 30. Die
Hochdruckförderpumpe 30 fördert den
Kraftstoff in das Rail 35 und baut dort einen Druck auf. Üblicherweise
werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen
Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen
Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt.
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Zwischen
der Hochdruckförderpumpe 30 und
der Vorförderpumpe 20 ist
ein Absperrventil 25 angeordnet, daß von der Steuereinheit 100 ansteuerbar
ist, um den Kraftstofffluß zu
unterbrechen.
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Ausgehend
von den Signalen verschiedener Sensoren 80 bestimmt die
Steuereinheit 100 Steuersignale zur Beaufschlagung der
Magnetventile 71 bis 76 der Injektoren 61 bis 66.
Durch Öffnen
und Schließen
der Magnetventile 71 bis 76 wird der Beginn und das
Ende der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine gesteuert.
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Mittels
des Drucksensors 50 wird der Druck des Kraftstoffes im
Rail 35 und damit im Hochdruckbereich erfaßt. Ausgehend
von diesem Wert berechnet die Steuereinheit 100 ein Signal
zur Beaufschlagung des Druckregelventils 40. Vorzugsweise wird der
Druck durch Ansteuern des Druckregelventils 40 auf einen
vorgebbaren Wert geregelt, der unter anderem von Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine abhängt,
die mittels der Sensoren 80 erfaßt werden.
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Bei
auftretenden Fehler kann die Kraftstoffzufuhr mit dem Absperrventil 25 unterbunden
werden. Ferner wird bei erkanntem Fehler das Ventil 40 so
angesteuert daß der
Drück im
Rail 35 abfällt.
Ferner werden die Ventile 71 bis 76 so angesteuert,
daß sie
geschlossen bleiben und damit keine Einspritzung erfolgt.
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Bei
diesen Systemen kann eine Leckage auftreten. Dabei gelangt Kraftstoff
aus dem Hochdruckbereich, der sich unter hohem Druck befindet, zum
einen über
die Injektoren in die Brennkraftmaschine und/oder über eine
Leckage in den Motorenraum des Fahrzeugs. Solche Leckagen in dem
Motorraum bzw. ein nicht korrekt arbeitender Injektor müssen sicher erkannt
werden. Insbesondere ist es wichtig, daß nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine
beim Neustart der Brennkraftmaschine eine Leckage sicher erkannt
wird.
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Erfindungsgemäß wird daher
wie folgt vorgegangen. Nach Betätigung
des Anlassers wird überprüft, ob der
Druck innerhalb einer vorgebbaren ersten Zeitspanne einen ersten
Druckschwellwert erreicht. Ist dies nicht der Fall liegt ein massiver
Systemfehler vor bzw. das Kraftstoffzumeßsystem muß entlüftet werden. Anschließend wird
abgewartet ob innerhalb einer zweiten Zeitspanne der Druck auf einen
zweiten Druckschwellwert ansteigt. Ist dies ebenfalls nicht der
Fall, so wird ein Defektbit gesetzt, das anzeigt daß eine Leckage
vorliegt. Steigt der Druck an, so wird zum normalen Startprogramm
gewechselt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Überprüfung nur
dann erfolgt, wenn das Defektbit gesetzt ist, das anzeigt, daß eine Leckage
vorliegt. Dieses Bit wird während
des normalen Betriebs gesetzt, wenn eine Leckage erkannt wird. In
diesem Fall erfolgt die Überprüfung nur,
wenn beim vorhergehenden Betrieb ein Fehler erkannt wurde. Damit
kann ein zum einen ein Neustart bei einer nicht behobenen Leckage
verhindert und bei einer beseitigten Leckage ermöglicht werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das Defektbit vor der ersten Inbetriebnahme, bzw. nach
einer erfolgten Wartung gesetzt wird, um im Service bzw. bei der
ersten Inbetriebnahme eine Testroutine zu starten, die überprüft, ob keine
Leckage vorliegt. In diesem Fall werden spezielle Daten das heißt spezielle
Zeitschwellen und Druckschwellen gewählt.
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Erfolgt
die Überprüfung bei
jedem Start, das heißt
unabhängig
vom Defektbit F, sind die Zeitschwellen entsprechend kürzer zu
wählen.
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Erfindungsgemäß beim Start
der Brennkraftmaschine das Drucksteuermittel derart angesteuert, daß im fehlerfreien
Zustand der Druck ansteigt. Steigt der Druck nicht wie erwartet
an, so wird auf Fehler erkannt.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist anhand eines Flußdiagramms
in 2 dargestellt. In einem ersten Schritt 200 werden
ein erster Zeitzähler Z1
und ein zweiter Zeitzähler
Z2 auf 0 zurückgesetzt. In
einem zweiten Schritt 205 wird überprüft, ob ein Fehlerbit F mit
1 gesetzt ist. Ist das Fehlerbit F mit 1 gesetzt, so zeigt dies
an, daß beim
letzten Betrieb der Brennkraftmaschine eine Leckage erkannt wurde und
der Motor über
das Absperrventil 25 das Druckregelventil 40 und/oder
durch Ansteuerung der Injektoren mit der Menge 0 abgestellt wurde.
Erkennt die Abfrage 205, daß dieses Fehlerbit F nicht
gesetzt ist, so endet das Überprüfungsprogramm
im Schritt 270 und es folgt die übliche Startroutine und die
Brennkraftmaschine startet. Ist dieses Bit mit 1 gesetzt, so wird
ein Testprogramm Leckageerkennung gestartet.
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Eine
Abfrage 210 überprüft, ob die
Drehzahl größer als
N1 ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt
die Abfrage 210 erneut. Erkennt die Abfrage 210 daß die Drehzahl
größer als N1
ist, folgt die Abfrage 215 die überprüft, ob die Drehzahl kleiner
als ein Wert N2 ist. Ist dies nicht der Fall, das heißt die Drehzahl
ist größer als
N2, so wird ebenfalls zum normalen Startprogramm im Schritt 270 übergegangen.
Die Abfragen 210 und 215 überprüfen, ob sich die Drehzahl in
einem Drehzahlfenster, daß durch
die Drehzahl N1 und N2 definiert ist, befindet. Beispielsweise wird
für die
Drehzahl N1 ein Wert von 100 und für die Drehzahl N2 ein Wert
von 300 Umdrehungen pro Minute gewählt.
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Wurde
erkannt, daß die
Drehzahl in dem Drehzahlfenster zwischen N1 und N2 liegt, so wird
in Schritt 220 ein bestimmtes Tastverhältnis TV1 zur Ansteuerung des
Druckregelventils 40 vorgegeben. Dieses Tastverhältnis TV1
ist so gewählt,
daß sich bei
fehlerfreien System ein Druck von zirka 200 bar einstellt. Anschließend wird
in Schritt 225 der Zeitzähler Z1 um 1 erhöht. Anschließend folgt
die Abfrage 235, die überprüft, ob der
Druck P größer oder gleich
als ein erster Schwellwert P1 ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt
eine Abfrage 230, die überprüft, ob der
Inhalt des Zeitzählers
Z1 größer oder
gleich als ein erster Schwellwert S1 ist. Ist dies der Fall, so
wird in Schritt 240 ein schwerwiegender Fehler erkannt und
gegebenenfalls eine entsprechende Fehlermeldung abgegeben. Hat der Zeitzähler seinen
Endwert S1 noch nicht erreicht, so erfolgt erneut Schritt 220.
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Erkannte
die Abfrage 235, daß der
Druck auf einen Wert größer oder
gleich dem ersten Druckschwellwert P1 angestiegen ist, so folgt
Schritt 245, in dem ein zweites Tastverhältnis TV2
vorgegeben wird. Dieses Tastverhältnis
für das
Druckregelventil 40 wird so gewählt, daß sich ein zweiter Druckwert von
zirka 1000 Bar einstellt. Anschließend wird in Schritt 250 ein
zweiter Zeitzähler
Z2 um 1 erhöht.
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Die
sich anschließende
Abfrage 260 überprüft, ob der
Druck P im Rail größer oder
gleich dem zweiten Druckschwellwert P2 ist. Ist dies nicht der Fall,
so überprüft die Abfrage 255,
ob der Inhalt des Zeitzählers
Z2 größer oder
gleich als ein zweiter Schwellwert S2 ist. Ist dies nicht der Fall,
so erfolgt erneut Schritt 245. Ist dies der Fall, das heißt die Zeitschwelle
S2 ist überschritten,
so wird in Schritt 265 auf Fehler des Systems erkannt.
Erkennt die Abfrage 255, daß der Druck P größer oder
gleich dem Druckschwellwert P2 ist, so folgt in Schritt 270 das
normale Startprogramm.
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Die Überprüfung erfolgt
nur, wenn das Fehlerbit gesetzt ist, das heißt, daß bei dem vorherigen Betrieb
ein Fehler erkannt wurde. In diesem Fall für die Schwellwerte beispielsweise
die folgenden Werte gewählt.
Für die
erste Zeitschwelle S1 wird beispielsweise eine Zeit von 2 Sekunden
und für
die zweite Zeitschwelle S2 eine Zeit von einer Sekunde gewählt. Die
Druckschwelle P1 wird beispielsweise mit 200 bar und die zweite
Druckschwelle mit 1000 bar gewählt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Überprüfung bei
jedem Start erfolgt, das heißt,
daß die
Abfrage 205 weggelassen wird. In diesem Fall sind kürzere Zeitschwellwerte
und kleinere Druckschwellwerte zu wählen, damit der Start nicht
verzögert
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn vor der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine
das Fehlerbit F mit 1 gesetzt wird und gleichzeitig strengere Schwellwerte
vorgebbar sind. Dies bedeutet, daß die Zeitschwellen kleiner
gewählt
und/oder die Druckschwellwerte höher
gewählt
werden. Dadurch können
die Testbedingungen an die Verhältnisse
im Service angepaßt
werden. Dies bedeutet, daß die Überprüfung bei
der ersten Inbetriebnahme und/oder bei jedem Neustart nach einer
Wartung erfolgt.
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Erfolgt
eine Notabschaltung der Dieselbrennkraftmaschine aufgrund eines
Defektes, so ist bei Vorliegen bestimmter Bedingungen ein Neustart der
Brennkraftmaschine möglich.
Erfolgte die Notabschaltung aufgrund einer inneren Leckage, so kann ein
Neustart der Brennkraftmaschine zu einer erheblichen Beschädigung der
Brennkraftmaschine führen. In
diesem Fall ist kein Neustart der Brennkraftmaschine möglich.
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Erfolgte
die Notabschaltung aufgrund eines Fehlers im Niederdruckbereich,
so sollte ein Neustart der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß wird hierzu
wie folgt vorgegangen. Beim Start wird das Druckregelventil und/oder
die Hochdruckpumpe so angesteuert, daß der Druck ansteigt. während des
Anlaßvorgangs
beobachtet das Steuergerät
den Druckaufbau. Das Steuergerät
vergleicht den gemessenen Druckaufbau mit einem vom Steuergerät errechneten
theoretischen Druckaufbau. Die Berechnung des theoretisch erreichten
Druckwerts erfolgt unter der Annahme, daß die ungünstigsten Voraussetzungen bezüglich des
Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe und des Elastizitätsmoduls
des Kraftstoffs vorliegen.
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Ist
der innerhalb einer vorgegebenen Wartezeit erreichte Kraftstoffdruck
größer als
der errechnete, so liegt keine Leckage vor. Erfolgt kein Druckaufbau,
so liegt eine Leckage vor oder der Druckaufbau verzögerte sich
aufgrund eines Fehlers im Niederdruckbereich.
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Zur
Unterscheidung, ob eine Leckage oder ein leerer Tank vorlag, wird
wie folgt vorgegangen. Der Raildruck wird weiter beobachtet und
ab dem Zeitpunkt, bei dem ein Druckanstieg erkannt wird, erfolgt
eine Neuberechnung des Druckanstiegs und ein erneuter Vergleich
mit dem erwarteten Druckwert.
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Zusätzlich oder
alternativ wird die Drehzahl beobachtet. Da keine Einspritzung erfolgt,
darf kein weiterer Drehzahlanstieg beobachtet werden. Alternativ
kann die Drehzahl auch auf die maximale Anlasserdrehzahl überwacht
werden.
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Eine
entsprechende Vorgehensweise ist in 3 als Flußdiagramm
dargestellt. Beim Start wird in einem ersten Schritt 300 die
Hochdruckförderpumpe 30 und/oder
das Druckregelventil 40 derart angesteuert, daß ein maximal
möglicher
Druckaufbau erzielt wird. Im anschließenden Schritt 302 wird
ein Zeitzähler
t auf 0 gesetzt. Anschließend
in Schritt 304 wird der Zeitzähler t erhöht. Die Abfrage 306 überprüft, ob eine
Wartezeit ts abgelaufen. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut
Schritt 304.
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Nach
Ablauf der Wartezeit ts wird in Schritt 308 der erwartete
Wert PS für
den Druck im Rail berechnet. Dies erfolgt gemäß der folgenden Formel.
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Hierbei
ist das Elastizitätsmodul
des Kraftstoffs mit E, der Volumenstrom, der dem Fördervolumen
der Hochdruckpumpe entspricht mit Q und das Volumen des Rails mit
V bezeichnet. Der Volumenstrom Q ergibt sich aus der Förderleistung
der Hochdruckpumpe multipliziert mit der Anzahl der Umdrehungen
der Pumpe, die von der Drehzahl N abhängen.
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Der
erwarte Wert auf den der Druck PS im Rail ansteigt ist abhängig von
den Eigenschaften des Kraftstoffs und/oder der Hochdruckpumpe, dem
Volumen des Rails (V) und/oder der Drehzahl N der Brennkraftmaschine
vorgebbar. Dabei können
nur eine und/oder alle der genannten Größen berücksichtigt werden.
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Anschließend in
Schritt 310 wird der tatsächliche Druck PI im Hochdruckbereich
erfaßt.
Die Abfrage 312 überprüft, ob der
Druck PI größer als
der erwartete Druck PS ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 314 auf
fehlerfreien Betrieb erkannt und das übliche Programm läuft ab.
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Ist
dies nicht der Fall, das heißt
der Druck PI ist kleiner oder gleich als der erwartete Wert PS,
so kann dies verschiedene Ursachen haben. Zum einen ist es möglich, daß eine Leckage
vorliegt, zum anderen ist es möglich,
daß der
Tank leer war und aufgrund eines leeren Tanks der erwartete Druck
noch nicht erreicht wurde.
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Um
diese Fälle
zu unterscheiden, wird wie folgt vorgegangen. Anschließend an
die Abfrage 312 wird in Schritt 316 ein alter
Druckwert PIA mit dem aktuellen Wert PI des Druckes überschrieben.
Anschließend
wird die aktuelle Drehzahl NA in Schritt 318 abgelegt.
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Anschließend in
Schritt 322 werden die neuen Werte für den Druck PIN und für die Drehzahl
NN erfaßt.
Die sich anschließende
Abfrage 324 überprüft, ob der
Druck PIN größer als
der alte Wert des Drucks PIA war. Ist dies nicht der Fall, dies
bedeutet, seit dem letzten Programmdurchlauf erfolgte kein Druckanstieg,
so folgt die Abfrage 326. Die Abfrage 326 überprüft, ob die
neue Drehzahl NN größer ist, als
die alte Drehzahl NA. Ist dies der Fall, so bedeutet dies, daß obwohl
kein Druckanstieg erfolgte, die Drehzahl angestiegen ist. Dies ist
nur möglich,
wenn aufgrund einer Leckage eine Einspritzung von Kraftstoff in
die Brennräume
erfolgte. In diesem Fall wird in Schritt 330 auf Fehler
erkannt.
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Erkennt
die Abfrage 326 keinen Drehzahlanstieg, so folgt die Abfrage 328,
die überprüft, ob die Drehzahl
NN größer als
die Anlasserdrehzahl NS ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 330 ebenfalls
auf Fehler erkannt, da dies bei fehlerfreiem Betrieb nicht möglich ist.
Beim Start bevor eine Verbrennung erfolgt ist kann die Drehzahl
nicht größer sein,
als die Drehzahl NS mit der der Anlasser die Brennkraftmaschine
antreibt.
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Die
Abfragen 326, 328 können beide nacheinander oder
auch nur alternativ erfolgen.
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Erfolgte
kein Drehzahlanstieg und/oder ist die Drehzahl NN nicht größer als
die Anlasserdrehzahl, so wird in Schritt 332 der alte Wert
für die
Drehzahl NA mit dem neuen Wert NN und der alte Wert für den Druck
PIA mit dem neuen Wert PIN des Drucks überschrieben. Anschließend erfolgt
erneut Schritt 322.
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Erkennt
die Abfrage 324, daß ein
Druckanstieg erfolgte, so wird der Integrator zur Berechnung des
erwarteten Druckes PS auf 0 gesetzt. Gleichzeitig wird der Zeitzähler auf
0 zurückgesetzt.
Anschließend
wird in Schritt 342 der Zeitzähler wieder erhöht. Die
Abfrage 344 überprüft, ob eine
vorgegebene Wartezeit ts abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall,
so erfolgt erneut Schritt 342. Ist dies der Fall, so wird
in Schritt 350 entsprechend wie in Schritt 308 der
erwartete Wert PS für
den Druck im Rail bestimmt.
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Anschließend erfolgt
in Schritt 355 die Erfassung des tatsächlichen Raildruckes PI. Die
Abfrage 360 überprüft, ob der
Druck PI größer als
der erwartete Druck PS ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 314 auf
fehlerfreien Betrieb und andernfalls in Schritt 370 auf
Leckage erkannt.
