DE19625487A1 - Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem durch die US-PS 5 197 438 bekannten Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritz­ einrichtung, bei der der Kraftstoffin unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher gefördert wird, dessen Druck durch ein Drucksteuerventil gesteuert wird und aus dem Kraftstoff zur Einspritzung über elektrisch gesteuerte Einspritzventile entnommen wird. Bei der in bekannter Weise betriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann es vorkommen, daß das Kraftstoffhochdruckspeichersystem undicht wird, was insbesondere in bezug auf die hohen Einspritzdrücke zur Ein­ spritzung von Kraftstoff bei selbstzündenden Brennkraftma­ schinen besonders kritisch ist.

Es kann ferner auch vorkommen, daß auf Grund einer Fehlfunk­ tion die tatsächlich dem Hochdruckspeicher zugeführte Kraftstoffmenge nicht gleich der Menge ist, die für die Kraftstoffeinspritzung vorgesehen und für die Druckregelung erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung der gattungsgemäßen Art ist es nun möglich, in exakter Weise festzustellen, wenn bei einem solchen bekannten Hochdrucksystem, insbesondere im Hoch­ druckteil wie im Bereich des Hochdruckspeichers und des Kraftstoffeinspritzventils, eine Fehlfunktion vorliegt. Bei Auftreten einer somit erfaßten Fehlfunktion kann in vorteil­ hafter Weise gewarnt werden oder direkt ein entsprechender Eingriff in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Ver­ meidung weiterer Schäden vorgenommen werden.

In besonders vorteilhafter Weise wird dabei gemäß Patentan­ spruch 2 mittels einer Durchflußmengenmeßeinrichtung der zur Druckregelung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckspeicher erforderliche abströmende Kraftstoff in seiner Menge erfaßt. Damit erhält man bei bekannter, durch die Mengen­ meßeinrichtung erfaßter Zufuhr von auf Hochdruck gebrachtem Kraftstoff in den Kraftstoffhochdruckspeicher und bei aus Steuerparameter der Steuereinrichtung bekannter Kraft­ stoffeinspritzmenge über die Einspritzventile eine exakte Bilanz von zugeführtem und abgeführtem Kraftstoff, die nur dann, wenn eine Fehlfunktion auftritt, eine Abweichung an­ zeigt.

Vorteilhaft läßt sich dabei durch die Einrichtung nach Patentanspruch 4 eine im Hochdruckteil auftretende Leckmenge erfassen oder gemäß Patentanspruch 5 überprüfen, ob die gesteuerte Kraftstoffeinspritzmenge auch der tatsächlich eingespritzten Karftstoffmenge entspricht.

Vorteilhaft läßt sich ferner anstelle einer unmittelbaren Messung der dem Hochdruckspeicher zugeführten Hochdruckmenge aus Antriebsdrehzahl der Kraftstoffpumpe und deren kon­ stanter Fördermenge pro Umdrehung der Antriebswelle die geförderte Menge durch eine Steuereinrichtung leicht mittel­ bar erfassen und mit den bereits zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzventile notwendigen Signale, die der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechen, verknüpfen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher 1 gezeigt, der über eine Förderleitung 2 von einer Kraftstoffpumpe 3, die aus einem Kraftstoffbehälter 4 Kraftstoff ansaugt, mit Kraftstoff versorgt wird, der auf hohen Einspritzdruck gebracht ist. Es treten dabei Drücke auf, die im wesent­ lichen über 1000 bar liegen. Der Druck im Kraftstoffhoch­ druckspeicher wird durch einen Druckgeber 6 erfaßt, dessen Signal einer Steuereinrichtung 7 zugeführt wird, durch die bei Überschreiten eines fest eingestellten oder eines gewünschten Druckes, der abhängig von einem jeweiligen Betriebszustand der zugehörigen Brennkraftmaschine sein kann, durch ein entsprechendes Signal ein Drucksteuerventil 9 angesteuert wird. Dieses befindet sich in einer Kraft­ stoffrücklaufleitung 10 vom Kraftstoffhochdruckspeicher zu dem Kraftstoffbehälter 4. Vom Kraftstoffhochdruckspeicher führen ferner Druckleitungen 11 ab, die mit je einem Kraft­ stoffeinspritzventil 14 verbunden sind, über das zum geeigneten Zeitpunkt jeweils eine gewünschte Kraftstoffmenge an der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge nach Zeitpunkt und Menge erfolgt ebenfalls über die Steuereinrichtung 7, die zu dieser Steuerung Steuersignale entsprechend der Drehzahl und der Last, unter der die zugehörige Brennkraftmaschine betrieben werden soll, erhält. Die Steuerung dieser Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt z. B. in bekannter Weise durch Magnetventile, die die Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Kraftstoffeinspritzventil steuern. Dabei evtl. auftretende Kraftstoff-Steuermengen, die in den Tank zurückfließen, können ebenfalls über die Rücklauf­ leitung 10 in den Tank zurückgefördert werden.

Die Kraftstoffpumpe wird dabei z. B. synchron zu der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung betriebenen Brennkraftmaschine angetrieben, also mit einer Drehzahl, die auch bereits zur Steuerung der Einspritzung erfaßt wird. Die Kraftstoffpumpe kann aber auch separat durch eine speziellen Antrieb betrieben werden, und dabei kann die diesbezügliche Antriebsdrehzahl der Kraftstoffpumpe ebenfalls erfaßt werden, z. B. durch einen Drehzahlgeber 15. Mit Hilfe dieser Antriebsdrehzahl und der Tatsache, daß die Kraftstoffpumpe pro Umdrehung eine gleichbleibende Fördermenge fördert, läßt sich nun mit Hilfe dieser Drehzahl die im Kraftstoffhoch­ druckspeicher zugeführte Kraftstoffmenge mittelbar erfassen, so daß auf eine Durchflußmengenmeßeinrichtung zur unmittel­ baren Messung der geförderten Kraftstoffmenge verzichtet werden kann. Aber auch, wenn die Kraftstofförderpumpe aus bestimmten Gründen mit einem variablen Fördervolumen arbeitet, läßt sich die von dieser geförderte Kraftstoff­ menge ebenfalls aus den Steuersignalen oder vorteilhaft durch eine Mengenmeßeinrichtung 22 erfassen.

Da es bei einem Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit sehr hohen Drücken kritisch ist, wenn Undichtigkeiten im Hochdrucksystem, insbesondere am Hochdruckspeicher 1, auf­ treten, ist es erforderlich, die Dichtheit dieses Speichers zu überwachen. Da die Versorgung mit Hochdruckkraftstoff bei dieser Einspritzeinrichtung nicht intermittierend sondern aus einem ständig gefülltem Hochdruckspeicher erfolgt, ist es ferner auch sehr wichtig, festzustellen, ob die Kraftstoffeinspritzventile richtig arbeiten, weil es sonst zu erheblichen Schäden an der Brennkraftmaschine kommen kann. Mit Hilfe der über die Förderpumpe 3 zugeführten Kraftstoffmenge und der über die Kraftstoffeinspritzventile 14 abgeführten Kraftstoffmenge in Verbindung mit der zur Druckregelung des Kraftstoff-drucks im Hochdruckspeicher abgeführten Kraftstoffmenge sowie der evtl. anfallenden Steuermengen für die Einspritz-einrichtung läßt sich nun eine Bilanz aus zugeführtem Kraftstoff und abgeführtem Kraftstoff aufstellen. Dazu muß jedoch die über das Drucksteuerventil abgesteuerte Kraftstoffmenge mittels einer Durchflußmengenmeßeinrichtung 17 in der Kraftstoff­ rücklaufleitung 10 gemessen werden. Das dieser Menge ent­ sprechende Signal, addiert zu einem der gesamten Kraft­ stoffeinspritzmenge in der Zeiteinheit entsprechenden, von der Steuereinrichtung abgebbaren Signal, wird nun mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung 18 mit dem entsprechend aufgearbeiteten Signal für die Fördermenge der Förderpumpe 3 aus dem Drehzahlsignal verglichen. Bei Abweichung von zugeführter und wieder abgeführter Kraftstoffmenge wird nun durch die Steuereinrichtung 7 a, ausgelöst durch die Vergleichseinrichtung 18, ein Signal für eine Anzeige 20 oder für einen Eingriff in den Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung abgegeben. Dabei kann mit diesem Signal z. B. der Antrieb der Kraftstoffpumpe 3 abgeschaltet werden oder die gesamte Kraftstoffeinspritz­ einrichtung in der Brennkraftmaschine stillgesetzt oder auf einen Notbetrieb reduziert werden.

Wird die mittelbare Messung der dem Hochdruckspeicher zuge­ führten Kraftstoffmenge wie oben erwähnt durch eine un­ mittelbare Messung ersetzt; kann bei als dicht voraus­ gesetztem Hochdruckspeicher nebst Hochdruckleitungen auch noch die Funktion der Kraftstoffeinspritzventile überwacht werden. Dazu wird in die Förderleitung 2 ebenfalls eine in der Zeichnung gestrichelt eingetragene Durchflußmengen­ meßeinrichtung 22 eingesetzt wird, die als erste Durchfluß­ mengenmeßeinrichtung zu bezeichnen ist, im Gegensatz zur zweiten Durchflußmengenmeßeinrichtung 17 in der Kraftstoff­ rückflußleitung 10. Es ergibt sich dabei ein Ist-wert der eingespritzten Kraftstoffmenge. Diese wird mit der der Steuereinrichtung vorgegebenen Soll-Einspritzmenge verglichen. Aus dem Vergleichsergebnis kann ermittelt werden, ob die Kraftstoffeinspritzventile fehlerfrei arbeiten und bei Bedarf ein Korrekturwert für die Steuereinrichtung gebildet werden.

Als Durchflußmengenmeßeinrichtung 17 kann in ans ich bekann­ ter Weise eine in die Kraftstoffrücklaufleitung 10 ein­ gesetzte Drossel vorgesehen werden und dabei der Druck vor und nach der Drossel mit einander verglichen werden um daraus ein Mengensignal zu bilden. Solche Durchflußmengen­ meßeinrichtungen werden z. B. in Zusammenhang mit Einspritz­ einrichtungen in der DE-A-37 22 264 beschrieben. Es ist auch möglich andere geeignete Sensoren einzusetzen. Z.B. kann vorteilhaft ein bereits zu anderem Zweck verwendeter Sensor wirtschaftlich eingesetzt werden, wie z. B. Sensoren, die auch für die Luftmassenmessung verwendet werden und von physikalischem Aufbau durch die DE-A-29 19 433 bekannt sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzein­ richtung, bei der Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hoch­ druckspeicher (1) gefördert wird, dessen Druck durch ein Drucksteuerventil (9) gesteuert wird und aus dem Kraftstoff zur Einspritzung über wenigstens ein Kraftstoffeinspritz­ ventil (14) gesteuert durch eine Steuereinrichtung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Ein­ spritzeinrichtung und zur Erfassung einer Fehlfunktion der Einspritzeinrichtung die dem Hochdruckspeicher (1) zuge­ führte Kraftstoffmenge mit der von ihm abgeführten Kraft­ stoffmenge verglichen wird und bei Abweichung der Mengen von einander ein Signal zur Anzeige oder Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hochdruckspeicher (1) zugeführte Kraftstoffmenge durch eine erste Mengenmeßeinrichtung (22) und die zur Einhaltung des Drucks im Hochdruckspeicher (1) aus diesem abgesteuerten Kraftstoffmenge durch eine zweite Mengenmeß­ einrichtung (17) gemessen werden, deren Werte mit der der Kraftstoffmengensteuereinrichtung zur Steuerung der Kraft­ stoffeinspritzventilen vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für die Messung der dem Hochdruckspeicher (1) zugeführte Kraftstoffmenge aus einer Einrichtung zur Erfassung der Antriebsdrehzahl der den Kraftstoff auf Hoch­ druck mit geometrisch konstanter Fördermenge pro Umdrehung ihrer Antriebswelle fördernden Hochdruckförderpumpe (3) besteht, die Erfassung des Steuerwertes der Kraftstoff­ einspritzmenge in der Zeiteinheit aus Signalen zur Steuerung der Einspritzmenge erfolgt und die Erfassung der zur Ein­ haltung der Drucks im Hochdruckspeicher (1) aus diesem abgesteuerten Kraftstoffmenge durch eine die abgesteuerten Kraftstoffmenge messende Mengenmeßeinrichtung (17) erfolgt.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einer Hochdruckförderpumpe (3), die auf ihre Antriebsdrehzahl bezogen mit konstanter, dieser Antriebsdrehzahl zugeordneter Förderrate Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher (1) fördert, der über mehrere Druck­ leitungen (11) mit je einem Kraftstoffeinspritzventil (14) verbunden ist, wobei der Zufluß zu den einzelnen Kraftstoff­ einspritzventilen (14) durch elektrisch gesteuerte Ventile erfolgt und der Hochdruckspeicher (1) ferner über eine ein in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruckspeicher gesteuertes Drucksteuerventil (9) aufweisende Kraftstoffrücklaufleitung (10) entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftstoffrücklaufleitung (10) eine Durchflußmengenmeß­ einrichtung (17) angeordnet ist, das mit einer Steuer­ einrichtung (7, 7a, 18, 19) verbunden ist, die eine Einrichtung (19) zur Erfassung des von der Hochdruckför­ derpumpe (3) in einer Zeiteinheit geförderten Volumens, und mit einer Einrichtung (7) zur Erfassung der in der Zeitein­ heit eingespritzten Kraftstoffmenge und einer Vergleichs­ einrichtung (18) zur Ermittlung einer Differenz zwischen der in den Hochdruckspeicher geförderten Kraftstoffmenge und der Summe der von der Durchflußmengenmeßeinrichtung erfaßten Kraftstoffmengen und der in der Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge und zur Bildung eines Signals zur Anzeige oder Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzein­ richtung bei Auftreten einer Differenz.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer Hochdruckförderpumpe (3), die Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher (1) fördert, der über mehrere Druckleitungen (11) mit je einem Kraft­ stoffeinspritzventil (14) verbunden ist, wobei der Zufluß zu den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen (14) durch elektrisch gesteuerte Ventile erfolgt und der Hochdruck­ speicher (1) ferner über eine ein in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruckspeicher gesteuertes Drucksteuerventil (9) aufweisende Kraftstoffrücklaufleitung (10) entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der in der Kraftstoffzulauf­ leitung zum Hochdruckspeicher eine erste Durchflußmengenmeß­ einrichtung (22) angeordnet ist und in der Kraftstoffrück­ laufleitung (10) von Hochdruckspeicher eine zweite Durch­ flußmengenmeßeinrichtung (17) angeordnet ist, die beide mit einer Steuereinrichtung (7, 7a, 18, 19) verbunden sind, die durch Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzventile die in der Zeiteinheit einzuspritzende Kraftstoffmenge nach Vorgabe steuert und die eine Einrichtung (18) zur Bildung der Differenz zwischen der in den Hochdruckspeicher geförderten Kraftstoffmenge und der von der zweiten Durchflußmengenmeß­ einrichtung erfaßten, rückgeführten Kraftstoffmengen auf­ weist, die als tatsächlich über die Kraftstoffeinspritz­ ventile eingespritzte Kraftstoffmenge von der Steuer­ einrichtung mit der zu steuernden Vorgabe der Kraftstoffein­ spritzmenge verglichen wird und bei Abweichung ein Signal zur Anzeige oder zur Betriebsbeeinflussung der Kraftstoff­ einspritzeinrichtung gebildet wird.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (7, 7a) eine Signale für die geforderte Last (Q_K) und Signale für die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine aus einer Drehzahl­ signalquelle erhaltende Kraftstoffmengensteuereinrichtung aufweist, durch die Steuersignale zur Steuerung der elektrisch gesteuerten Einspritzventile (14) erzeugt werden und diese Signale zur Erfassung der für die Einspritzung vom Hochdruckspeicher abgeführten Kraftstoffmenge der Ver­ gleichseinrichtung (18) zugeführt werden, die ferner Signale von einer Einrichtung (19) erhält, die mit der Drehzahl­ signalquelle oder mit einem Drehzahlgeber (15) der wenigstens mittelbar die Antriebsdrehzahl der Hochdruck­ förderpumpe erfaßt, zur Erfassung des von der Förderpumpe geförderten Volumens verbundenen ist.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch­ flußmengenmeßeinrichtung eine Durchflußdrossel aufweist, die in der Kraftstoffzu- oder -rücklaufleitung angeordnet ist und mit einer Meßeinrichtung des an ihr anstehenden Druckge­ fälles als Maß für die Durchflußmenge.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchflußmengenmeßeinrichtung ein Heißfilm-Massensensor ver­ wendet wird.