DE19930311C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebsstörung in einer Kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents

Abstract

Zum Bestimmen einer Betriebsstörung in einem Kraftstoffeinspritzsystem werden mehrere Systemgrößen, die ein Anzeichen für den Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzsystems sind, erfaßt und gleichzeitig bewertet, um festzustellen, ob in einem Diagnosezyklus wenigstens zwei Systemgrößen einen Fehlerzustand anzeigen, um dies dann als Systemstörung im Kraftstoffeinspritzsystem zu bewerten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebsstörung in einer Kraftstoffeinspritz­ anlage.

Zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zu­ nehmend Kraftstoffeinspritzanlagen eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Kraft­ stoffeinspritzanlagen, die bei Dieselmotoren unter der Be­ zeichnung Common-Rail-Systeme bekannt sind, bieten in bezug auf Flexibilität und Kosten deutliche Vorteile gegenüber kon­ ventionellen Einspritzsystemen. Bei diesen Einspritzsystemen wird mittels einer Pumpenanordnung Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Hochdruckspeicher geför­ dert, über den der Kraftstoff dann an Kraftstoffinjektoren, die in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine angeordnet sind, ansteht. Die Einspritzvorgänge in die Zylinder werden durch Bestromen der Kraftstoffinjektoren ausgelöst.

Bei solchen Kraftstoffeinspritzanlagen, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird, besteht die Gefahr, daß eine Betriebsstörung in der Kraftstoffeinspritzanlage große Schäden in der Brennkraftmaschine hervorrufen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn einer der Kraftstoffinjek­ toren nicht mehr richtig schließt bzw. ein Leck in der Kraft­ stoffzuleitung zum Hochdruckspeicher oder zu den Kraft­ stoffinjektoren auftritt. Um eine Betriebsstörung in der Kraftstoffeinspritzanlage festzustellen, wird deshalb im all­ gemeinen eine Funktionsüberwachung durchgeführt, bei der an­ hand einer bestimmten Systemgröße, z. B. des im Hochdruck­ speicher herrschenden Kraftstoffdruckes, festgestellt wird, ob ein Kraftstoffleck in der Kraftstoffeinspritzanlage oder ein offener Kraftstoffinjektor vorliegt.

Eine solche Funktionsüberwachung ist unter anderem aus der US 5 773 716 bekannt. Bei dieser Überwachungstechnik wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffeinspritzanlage gemessen und mit einem Referenzwert verglichen. Wenn die Signalauswertung dann eine zu große Abweichung zeigt, wird angenommen, daß ei­ ne Störung in der Kraftstoffeinspritzanlage vorliegt. Durch eine sich an die Kraftstoffdruckauswertung anschließende Er­ fassung des Drehzahlsignals wird dann genauer festgelegt, um welche Art von Betriebsstörung es sich handelt und dann ent­ sprechende Notlaufmaßnahmen eingeleitet. Ein ähnliches Funk­ tionsüberwachungsverfahren ist aus der DE 196 22 757 A1 be­ kannt.

Um einen Meßfehler beim Feststellen einer Betriebsstörung in der Kraftstoffeinspritzanlage zu vermeiden, der zu einem un­ gewünschten Abschalten der Brennkraftmaschine und einer unnö­ tigen Reparatur der Kraftstoffeinspritzanlage führen würde, wird bei den bekannten Funktionsüberwachungsverfahren die Schwelle, die bei einem Vergleich zwischen dem Meßsignal und einem Referenzwert als Fehler angesehen wird, so groß bemes­ sen, daß eine ausreichende Unempfindlichkeit gegen Meßfehler bzw. äußere Störeinflüsse erreicht wird. Solchen hohen Schwellenwerte haben jedoch den Nachteil, daß eine Störung in der Kraftstoffeinspritzanlage oft nicht schnell genug erkannt wird, um die erforderlichen Notlaufmaßnahmen einzuleiten.

Diese Gefahr besteht auch dann, wenn statt eines sehr hohen Schwellenwertes ein Entprellen des Meßsignals durchgeführt wird, um eine Betriebsstörung sicher erkennen zu können. Bei einem solchen Entprellen wird eine Betriebsstörung erst dann validiert, d. h. als gültig angesehen, wenn das Meßsignal über einen vorgegebenen Zeitraum, z. B. mehrere Diagnosezyklen hinweg, den Schwellenwert, der die zulässige Abweichung des Meßwertes vom Referenzwert festlegt, überschreitet. Eine lan­ ge Entprellzeit kann jedoch ähnlich wie ein hoher Schwellen­ wert dazu führen, dass eine Betriebsstörung in der Kraft­ stoffeinspritzanlage zu spät erkannt und somit eine gewünsch­ te Gegenmaßnahme erst verzögert eingeleitet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer Kraftstoffeinspritzanlage bereit zu stellen, bei der eine Be­ triebsstörung sicher und schnell erkannt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Bevorzugte Ausfüh­ rungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung werden zur Bestimmung einer Betriebsstö­ rung in einer Kraftstoffeinspritzanlage in einem Diagnosezyk­ lus wenigstens zwei Systemgrößen erfaßt, die jeweils für sich den Betriebszustand der Kraftstoffeinspritzanlage anzeigen, wobei die beiden erfaßten Systemgrößen unabhängig voneinander bewertet werden. Wenn dann festgestellt wird, daß bei beiden Systemgrößen gleichzeitig ein Fehlerzustand im Diagnosezyklus vorliegt oder ein Fehlerzustand über eine vorbestimmte Anzahl von Diagnosezyklen hinweg bestehen bleibt, wird eine Be­ triebsstörung in der Kraftstoffeinspritzanlage validiert.

Durch die erfindungsgemäße Funktionsüberwachung ist es mög­ lich, ohne große gegen Störungen unempfindliche Schwellenwer­ te oder lange Entprellzeiten für ein Messsignal Betriebsstö­ rungen in der Kraftstoffeinspritzanlage schnell und zuverläs­ sig zu erkennen. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Funktionsüberwa­ chungsvorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzanlage; und

Fig. 2 schematisch ein Ablaufdiagramm der erfindungsgemäßen Funktionsüberwachung in der Kraftstoffeinspritzanlage.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau einer Kraftstoffein­ spritzanlage dargestellt, wie sie unter der Bezeichnung Com­ mon-Rail-System vor allem bei Dieselmotoren eingesetzt wird.

Bei diesem Einspritzsystem wird Kraftstoff aus einem Kraft­ stoffvorratsbehälter 10 über eine Kraftstoffleitung 11 durch eine Vorförderpumpe 12 angesaugt. Die Vorförderpumpe 12 för­ dert den Kraftstoff über einen Kraftstoffilter 13 zu einer Hochdruckpumpe 14, die den Kraftstoff verdichtet und unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher 15 einspeist. Der Hochdruckspeicher 15 steht mit Kraftstoffinjektoren 16 (nur einer ist gezeigt) in Verbindung, über die der Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der Einspritzvorgang wird durch eine elektronische Steuereinheit 30 ausgelöst, die über Signalleitungen 31 mit den Kraftstof­ finjektoren 16 verbunden ist. Der in den Kraftstoffinjektoren 16 auftretende Leckage-Kraftstoffstrom wird über Kraftstoff­ rückleitungen 17 in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurück­ geführt.

Um die Funktion des Kraftstoffeinspritzsystems zu überwachen und Betriebsstörungen rechtzeitig festzustellen, werden als Systemgrößen ein elektrisches Signal des Kraftstoffinjektors 16, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und ein Kraftstoff­ druck im Kraftstoffeinspritzsystem erfaßt. Als elektrisches Signal wird dabei von einem Sensor 20 vorzugsweise ein Span­ nungssignal einer Ansteuereinheit im Kraftstoffinjektor 16 bestimmt, das über eine Signalleitung 32a einer Auswerteein­ heit 33 zugeführt wird. Diese Auswerteeinheit 33 wird weiter­ hin von einem Drehzahlensensor 18 ein Drehzahlsignal über ei­ ne Signalleitung 32b übermittelt. Das Kraftstoffdrucksignal wird mittels eines am Hochdruckspeicher 15 angeordneten Drucksensors 19 erfaßt und über eine Signalleitung 32 an die Auswerteeinheit 33 weitergeleitet. Statt der beschriebenen Systemgrößen elektrisches Signal des Kraftstoffinjektors, Drucksignal im Kraftstoffinjektor und Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine können jedoch auch weitere Systemgrößen in der Kraftstoffeinspritzanlage erfaßt werden, die jeweils für sich ein Anzeichen für den Betriebszustand der Kraftstoffein­ spritzanlage darstellen.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie in der Auswerteeinheit 33 ei­ ne Funktionsüberwachung anhand von beliebigen Systemgrößen aus der Kraftstoffeinspritzanlage durchgeführt wird. Die von den einzelnen Sensoren in jedem Diagnosezyklus übertragenen Meßsignale, die jeweils eine Signalgröße 1 bis n darstellen, werden in der Auswerteeinheit 33 in einem ersten Schritt S1 jeweils einer Plausibilitätsprüfung zugeführt, wobei ermit­ telt wird, ob die vom Sensor erfaßte Systemgröße einen sinn­ vollen Meßwert enthalten. Hierbei kann zum Beispiel geprüft werden, ob das Meßsignal sich im zulässigen Meßbereich des jeweiligen Sensors befindet. Falls die Plausibilitätsüberprü­ fung im Schritt S1 ergibt, daß kein korrektes Meßsignal vor­ liegt, wird die weitere Auswertung dieses Meßsignals abgebro­ chen. Gleichzeitig kann eine Funktionsdiagnose des zugehöri­ gen Sensors ausgelöst werden.

Wenn bei der Plausibilitätsüberprüfung doch festgestellt wird, daß ein sinnvoller Meßwert für die Systemgröße vor­ liegt, wird der Meßwert mit einem Sollwert für die Systemgrö­ ße in einem zweiten Schritt S2 verglichen. Der Sollwert gibt einen, für den jeweiligen Zustand des Kraftstoffeinspritzsys­ tems zulässigen Wert der entsprechenden Systemgröße an und kann z. B. durch Simulationsrechnung oder Testmessungen fest­ gelegt werden.

Wird bei dem Istwert-Sollwert-Vergleich in Schritt S2 festge­ stellt, daß das Meßsignal außerhalb eines zulässigen Wertebe­ reiches um den Sollwert liegt, wird dies von der Auswerteein­ heit 33 im Schritt S4 als Fehlerzustand bewertet. Wenn dann von der Auswerteeinheit 33 festgestellt wird, daß in einem Diagnosezyklus Fehlerzustände für mindestens zwei Systemgrö­ ßen vorliegen, wird dieser Fehlerzustand im Schritt S5 vali­ diert, d. h. als gültig angesehen und eine Betriebsstörung in der Kraftstoffeinspritzanlage angenommen. Die Auswerteeinheit 33 kann daraufhin im Schritt S6 eine entsprechende Notlauf­ maßnahme für die Kraftstoffeinspritzanlage bzw. die Brenn­ kraftmaschine einleiten.

Weiterhin wird, wenn eine Schwellenwertüberschreitung des Meßwertes für eine Systemgröße in einem Diagnosezyklus im Schritt S2 vorliegt, dieser Fehlerzustand entprellt, d. h. es wird von der Auswerteeinheit 33 in Schritt S5 bewertet, ob der Fehlerzustand über mehrere aufeinanderfolgende Diagnose­ zyklen der Auswerteeinheit 33 hinweg vorliegt. Wird hierbei festgestellt, daß der Fehlerzustand über diese aufeinander­ folgenden Diagnosezyklen besteht, wird der Fehlerzustand va­ lidiert und von der Auswerteeinheit 33 als Betriebsstörung der Kraftstoffeinspritzanlage bewertet. Die Auswerteeinheit 33 leitet dann auch in diesem Fall wieder die entsprechenden Notlaufmaßnahmen für die Kraftstoffeinspritzanlage bzw. die Brennkraftmaschine ein.

Die erfindungsgemäße Funktionsüberwachung zeichnet sich durch die gleichzeitige Bewertung mehrerer Systemgrößen, die ein Anzeichen für den Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzsys­ tems sind, aus. Die dabei erfaßten Meßsignale werden dabei einzeln mit Schwellenwerten verglichen und anschließend ent­ prellt. Die Validierung eines Fehlerzustands erfolgt zum ei­ nen über einen signalindividuell festgelegten Maximalwert für den Entprellvorgang und zum anderen über eine gleichzeitigen Bewertung der Meßsignale in einem Diagnosezyklus. Sind dann für mehrere Systemgrößen Fehlerzustände in einem Diagnosezyk­ lus aktiv oder liegt für eine der Systemgrößen ein Fehlerzu­ stand auch nach dem Entprellvorgang vor, wird dies als Be­ triebsstörung im Kraftstoffeinspritzsystem bewertet. Dieser Verfahrensablauf ermöglicht ein schnelles Fehlererkennen, wo­ bei kleine Schwellenwerte und kurze Entprellzeiten möglich sind, so daß die Funktionsüberwachung gleichzeitig robust ge­ genüber Signalstörungen und damit Fehlinterpretation ist, die zu einem ungewünschten Einleiten von Notlaufmaßnahmen führen würden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestimmen einer Betriebsstörung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem
in einem Diagnosezyklus wenigstens eine erste und eine zweite Systemgröße erfaßt werden, die jeweils für sich repräsentativ für den Betriebszustand des Kraftstoffein­ spritzsystems sind,
bei dem die erfaßte erste Systemgröße bewertet wird, um einen ersten Fehlerzustand im Kraftstoffeinspritzsystem zu bestimmen,
bei dem die erfaßte zweite Systemgröße bewertet wird, um einen zweiten Fehlerzustand im Kraftstoffeinspritzsystem zu bestimmen, und
bei dem eine Betriebsstörung im Kraftstoffinjektor vali­ diert wird, wenn einer der Fehlerzustände jeweils über eine vorbestimmte Anzahl von Diagnosezyklen hinweg vor­ liegt oder wenn der erste Fehlerzustand und der zweite Fehlerzustand gleichzeitig in einem Diagnosezyklus vor­ liegen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem eine Plausibilitäts­ prüfung der erfaßten Systemgrößen durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem als System­ größen ein elektrisches Signal eines Kraftstoffinjek­ tors, ein Drucksignal im Kraftstoffeinspritzsystem und eine Drehzahl einer das Kraftstoffeinspritzsystem ent­ haltende Brennkraftmaschine erfaßt werden und eine Be­ triebsstörung im Kraftstoffeinspritzsystem validiert wird, wenn wenigstens zwei Systemgrößen jeweils einen Fehlerzustand anzeigen.

4. Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebsstörung in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit
wenigstens zwei Meßwertaufnehmern (18, 19, 20) zum Er­ fassen wenigstens einer ersten und zweiten Systemgröße in einem Diagnosezyklus, die jeweils für sich repräsen­ tativ für den Betriebszustand des Kraftstoffeinspritz­ systems sind, und
einer Auswerteeinheit (33), zum Bewerten der erfaßten ersten Systemgröße, um einen ersten Fehlerzustand im Kraftstoffeinspritzsystem zu bestimmen, zum Bewerten der erfaßten zweiten Systemgröße, um einen zweiten Fehlerzu­ stand im Kraftstoffeinspritzsystem zu bestimmen und zum Validieren einer Betriebsstörung im Kraftstoffeinspritz­ system, wenn der erste Fehlerzustand und der zweite Feh­ lerzustand gleichzeitig in einem Diagnosezyklus vorlie­ gen, oder wenn einer der Fehlerzustände jeweils über ei­ ne vorbestimmte Anzahl von Diagnosezyklen hinweg vor­ liegt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei dem als Meßwerterfas­ ser ein Spannungssignalsensor (20) zum Erfassen eines e­ lektrischen Signals eines Kraftstoffinjektors, ein Drucksensor (16) zum Erfassen eines Drucksignals im Kraftstoffeinspritzsystem und ein Drehzahlsensor (18) zum Erfassen einer Drehzahl einer das Kraftstoffein­ spritzsystem enthaltenden Brennkraftmaschine vorgesehen ist und die Auswerteeinheit (33) eine Betriebsstörung im Kraftstoffeinspritzsystem validiert, wenn wenigstens zwei Systemgrößen in einem Diagnosezyklus jeweils einen Fehlerzustand anzeigen.